多沟道晶体管及其集成电路

本发明涉及集成电路的核心器件领域，具体为：具有非平行多沟道的金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet，本发明提案中简称为晶体管)及其集成电路。

背景技术：

1、集成电路的核心器件是mosfet。mosfet的小尺寸化能满足集成电路的高集成度(亦为高密度)、高速度、与低耗能等性能。然而，在小尺寸化的同时，会带来单个器件的驱动电流减小的问题。在逻辑电路中，通常会采用多沟道结构，增加沟道的宽度，从而增加驱动电流。为了便于控制，这些沟道都是平行的结构。对于传输与转换大功率电力的情况，比如基于sic与gan等功率半导体的电路中，由于通常会采用功率半导体的躯体(而非表面)去传输电流，故能传输很大的电流，所以多沟道的情况反而不常见。最近被广泛研究的被称为终极半导体的碳金刚石功率半导体，因为其不纯物的植入难以获得较高的载流子浓度，因此其通常通过某些方式、比如氢终端修饰碳金刚石的表面来提升载流子(空穴)的浓度。也即其载流子(空穴)主要在沟道表面附近进行电流的传输。所以，使用多沟道对于基于碳金刚石功率半导体的mosfet及其相关器件与集成电路，会是一种提升驱动电流与输出功率的好策略。

2、然而，由于金刚石的硬度极大，很难像硅半导体材料那样形成竖直方向上叠加的平行的多沟道。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明提案了一种新结构的多沟道mosfet及其集成电路，其权利要求项为：

2、含有多沟道金属氧化物半导体场效应晶体管的集成电路，具有下列结构特征：多沟道金属氧化物半导体场效应晶体管中，各个沟道的任一位置，与同一晶体管中其它沟道的相同位置能构成一个与沟道方向不垂直的同心圆。

3、以下为对上述权利要求项的说明。

4、本发明的提案的多沟道结构的mosfet可按如下理解：固定常规的mosfet的源极或者漏极的任一端，旋转沟道，会形成一个圆面；本发明提案的多沟道即为旋转过程中出现过的各种状态均匀地分散在该圆面中，形成一个具有多个相同沟道的mosfet。按上述思想，形成各个沟道的任一位置，会与同一mosfet中其它沟道的相同位置能构成一个与沟道方向不垂直的同心圆。在上述结构中，各个沟道的栅极以及非固定的源极或漏极的任一端可以通过金属导线相连，由于金属的电阻率比半导体小几个数量级，故通常连接导线的电阻可以忽略不计。另外，需要指出的是，本提案中默认每个沟道都是相同的，但在实际过程中，完全相同的沟道并不存在，故此处的相同允许一定程度上的误差。具体为制作工艺以及测量等造成的系统误差，根据器件的大小等不同，误差基本为器件尺寸的10％以内。

5、需要指出的是，该器件通常需要连接栅极，其目的是为了控制所有沟道的同时开关。然而，非固定的一端，可以连在一起，也可以直接与相应的电源相连。由于多沟道mosfet的多沟道是并联关系。因此，从非固定端输入的电流，可以在固定端进行合流，形成大电流输出。反过来，从固定端输入电流的情况，会在非固定端进行分流，这样每个分流可以分别去实现不同的功能。这些功能都通过栅极控制，实现同步动作。

6、另外，权利要求项中的同心圆与沟道方向不垂直的描述，是为了排除沟道整体平移旋转的情况。比如只有上下两层叠加的相同的沟道，其可以看成是沟道整体平移旋转的特例，其沟道的任一点，与另一个沟道的相同位置能构成一个同心圆，但该同心圆与沟道方向垂直。需要指出的是，部分情况沟道并不是完全的沿某个方向不改变方向，但这并不影响本发明对其权利的要求。

7、本发明适用于含有上述特征的多沟道mosfet相关的器件以及集成电路，包括逻辑器件与电路，存储器件与电路，以及用于大功率电力传输与转换的器件与电路。

8、本发明的权利要求项，适用于基于一般常用的半导体材料的mosfet及其相关器件与电路。一般常用的半导体材料通常包括硅、锗、sic、gan、ga2o3、以及碳金刚石等。由于硅、锗等用于逻辑电路的半导体容易得到多层叠加的、亦即平行的多沟道；而sic、gan、ga2o3等功率半导体在大电力传输与转换时通常使用躯体传输电流，因此本发明更多地适用于在表面进行载流子(空穴)传输的碳金刚石功率半导体。特别地，由于碳金刚石半导体具有良好的导热性能，因此采用本发明提案的结构不会有热噪音等问题。

技术特征：

1.含有多沟道金属氧化物半导体场效应晶体管的集成电路，具有下列结构特征：多沟道金属氧化物半导体场效应晶体管中，各个沟道的任一位置，与同一晶体管中其它沟道的相同位置能构成一个与沟道方向不垂直的同心圆。

技术总结
MOSFET的小尺寸化在满足集成电路的高性能的同时，也会使单个器件传输的电流减小。逻辑电路通常会采用多沟道的MOSFET来增加驱动电流。不同于传统的多沟道平行的MOSFET，本发明提供的一种含有不平行多沟道的MOSFET，其满足下列特性：多沟道MOSFET的各个沟道的任一位置，与同一MOSFET其它沟道的相同位置能构成一个与沟道方向不垂直的同心圆。本提案适用于各种半导体组成的MOSFET及其相关器件与集成电路，特别适用于碳金刚石功率半导体。

技术研发人员：叶术军,王业亮
受保护的技术使用者：北京理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/11