实施方案
[0019] 下面详细描述本发明的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附
图描述的实施例是示例性的,旨在用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。
[0020] 在本发明的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅 是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以
特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
[0021] 下面结合附图对本发明进行详细描述:
[0022] 本发明三明治结构双栅垂直隧穿晶体管如图1(a)、图1(b)所示,一种三明治结构双栅垂直隧穿场效应晶体管,包括源区、漏区、沟道区、阻挡层、上绝缘介质层、下绝缘介质
上栅极和下栅极;所述源区,漏区和沟道区位于上绝缘介质层和下绝缘介质层之间;所述上
栅极位于上栅绝缘介质层的上层,所述下栅极位于下栅绝缘介质层的下层;其中,所述漏
区、沟道区构成一个整体,采用同一种掺杂类型半导体材料,从漏区到沟道区掺杂浓度相
同,源区采用不同于漏区和沟道区的掺杂类型;在源区和漏区之间存在阻挡层,且阻挡层深
度和源区一样;
[0023] 所述的覆盖漏区的延伸的栅长为LGD,所述LGD≥0nm。
[0024] 所述阻挡层的厚度小于LGD,且材料为SiO2、Al3N4、HfO2、TiO2、Al2O3、La2O3中的一种或者多种的组合。
[0025] 所述源区,漏区和沟道区的半导体材料为IV族半导体、III-V族化合物半导体、碳纳米管、石墨烯或MoS2中的一种或者多种的组合。
[0026] 绝缘层介质材料为SiO2、Al3N4、HfO2、TiO2、Al2O3、La2O3中的一种或者多种的组合。
[0027] 所述上栅极和下栅极为金属材料。
[0028] 所述双栅极为导电材料,可以为金属,如Pt、W、Ti、Ta、Cu等。
[0029] 在本发明的一个实施例中,结构如图1(a)所示,为一个N型SDG-VTFET结构。当器件由截止态进入导通状态时,沿剖切线aa的电子、空穴浓度分布图分别如图2(a),(b)所示。可
以看到,在截止状态时,隧穿结界面处(横坐标2nm和13nm)电子和空穴的浓度很低,隧穿可
以忽略;在导通状态时,隧穿结界面处(横坐标2nm和13nm)电子和空穴的浓度显著增加,说
明大量电子发生隧穿。沿剖切线aa的能带图如图2所示,可以看到,在截止状态下,Y方向隧
穿通道没有形成,抑制泄露电流;在导通状态下,隧穿结处的能带发生弯曲,隧穿通道形成,
器件开启。
[0030] 当器件处于关断状态时,外加的栅压为0V,漏极电压为1V,源极电压为0V。由于栅极与半导体功函数之差,会使得这一部分栅控区域的能带发 生弯曲,由图4(a)可知,随着
LGD的增加,水平方向的隧穿势垒宽度变大,由图4(b)可以看到,关态电流降低了,因此可以
通过控制LGD的长度来调控关断状态时的泄漏电流,这是本发明的可控性好的优点。
[0031] 当器件处于开启状态时,源极电压为0,漏极电压为1V,栅极电压为1V,栅压的施加,使得栅控下的N+沟道区和P+源区接触面附近的能带发生弯曲,此时隧穿势垒宽度变小,
源区的价带电子隧穿进入N+沟道区,随着栅压的施加,有效栅控源区域的电子耗尽,只剩下
空穴,在电场的作用下,沿源电极方向运动,电子沿着漏极方向运动,共同形成导通电流。由
于器件的对称结构,导通状态时的隧穿通道加倍,这对于器件的导通电流的提升有着明显
的改进。同时由于阻挡层和延伸的栅长LGD的存在,使得关态泄漏电流被最大化的遏制了,改
善了器件的开关电流比,和亚阈值斜率,获得了更好的器件性能。
[0032] 在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特
点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不
一定指的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何
的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。