一种无掺杂电子空穴双层隧穿场效应晶体管及制备方法

本发明涉及晶体管的，尤其涉及一种无掺杂电子空穴双层隧穿场效应晶体管及制备方法。

背景技术：

1、随着科技的发展，云计算、大数据处理及实时数据传输逐渐普及并应用在不同领域。为了满足不同应用的需求，需要集成电路具有超低功耗和高性能。由于隧穿场效应晶体管具有低亚阈值摆幅、低关态电流、以及低运行电压，有望成为集成电路的其中一种核心器件。

2、其中一种常见的隧穿场效应晶体管是电子空穴双层隧穿场效应晶体管。该晶体管与基于点隧穿的传统硅基隧穿场效应晶体管不同，是通过增大栅极重叠区域来扩大器件的隧穿面积，从而达到提高开态电流的目的。

3、但电子空穴双层隧穿场效应晶体管有如下技术问题：电子空穴双层隧穿场效应晶体管的源区与漏区是通过重掺杂工艺获取，进而导致晶体管会产生带尾态、随机掺杂波动、热预算高等问题。此外，低开态电流与高关态泄漏也是制约其实现商用的关键因素。

技术实现思路

1、本发明提出一种无掺杂电子空穴双层隧穿场效应晶体管及制备方法，所述晶体管可以避免随机掺杂波动、热预算高和带尾态等问题，并且可以在提高开态电流的同时抑制关态泄漏。

2、本发明实施例的第一方面提供了一种无掺杂电子空穴双层隧穿场效应晶体管，包括：源电极，漏电极，隧穿栅电极，控制栅电极，栅介质层，铁电层，源区，漏区，阻挡介质层和沟道区；

3、所述铁电层设置在所述沟道区的上下两侧，且所述铁电层在所述沟道区的两侧上下对称，所述隧穿栅电极和所述控制栅电极分别设置在所述铁电层上，所述源区设置在所述沟道区的一侧，所述漏区和所述阻挡介质层分别设置在所述沟道区的另一侧，且所述源区与所述漏区和所述阻挡介质层对称；

4、所述栅介质层分别与所述隧穿栅电极，所述控制栅电极，所述铁电层，所述源区，所述漏区和所述阻挡介质层连接，所述源电极设置在所述源区的侧边，并与所述源区和所述栅介质层连接，所述漏电极设置在所述漏区和所述阻挡介质层的侧边，并与所述漏区、所述阻挡介质层和所述栅介质层连接，且所述源电极和所述漏电极相互对称。

5、在第一方面的一种可能的实现方式中，所述铁电层，包括：第一铁电层、第二铁电层、第三铁电层和第四铁电层；

6、所述第一铁电层和所述第二铁电层设置在所述沟道区的上侧；

7、所述第三铁电层和所述第四铁电层设置在所述沟道区的下侧；

8、所述第一铁电层和所述第三铁电层以所述沟道区为中心上下对称，所述第二铁电层和所述第四铁电层以所述沟道区为中心上下对称。

9、在第一方面的一种可能的实现方式中，所述第一铁电层、所述第二铁电层、所述第三铁电层和所述第四铁电层采用的材质为铪镐氧(hzo)；

10、所述第一铁电层的厚度为1-3nm；

11、所述第二铁电层的厚度为1-3nm；

12、所述第三铁电层的厚度为1-3nm；

13、所述第四铁电层的厚度为1-3nm。

14、在第一方面的一种可能的实现方式中，所述隧穿栅电极，包括：第一隧穿栅电极和第二隧穿栅电极；

15、所述第一隧穿栅电极与所述第一铁电层触碰连接，所述第二隧穿栅电极和所述第三铁电层触碰连接，且所述第一隧穿栅电极和所述第二隧穿栅电极以所述沟道区为中心上下对称；

16、所述第一隧穿栅电极的材质为钴(co)金属，所述第一隧穿栅电极的宽度为12-16nm；

17、所述第二隧穿栅电极的材质为铂(pt)金属，所述第二隧穿栅电极的宽度为12-16nm。

18、在第一方面的一种可能的实现方式中，所述控制栅电极，包括：第一控制栅电极和第二控制栅电极；

19、所述第一控制栅电极与所述第二铁电层触碰连接，所述第二控制栅电极和所述第四铁电层触碰连接，且所述第一控制栅电极和所述第二控制栅电极以所述沟道区为中心上下对称；

20、所述第一控制栅电极的材质为锡金属(sn)；

21、所述第二控制栅电极的材质为钯金属(pd)。

22、在第一方面的一种可能的实现方式中，所述栅介质层，包括：第一栅介质层、第二栅介质层、第三栅介质层和第四栅介质层；

23、所述第一栅介质层分别与所述源区、所述第一隧穿栅电极和所述第一铁电层触碰连接；

24、所述第二栅介质层分别与所述源区、所述第二隧穿栅电极和所述第三铁电层触碰连接；

25、所述第三栅介质层分别与所述漏区、所述第一控制栅电极和所述第二铁电层触碰连接；

26、所述第四栅介质层分别与所述阻挡介质层、所述第二控制栅电极和所述第四铁电层触碰连接；所述第一栅介质层和所述第二栅介质层以所述源区为中心上下对称；

27、所述第三栅介质层和所述第四栅介质层以所述漏区和所述阻挡介质层为中心上下对称；

28、所述第一栅介质层、所述第二栅介质层、所述第三栅介质层和所述第四栅介质层的材质为二氧化铪(hfo2)。

29、在第一方面的一种可能的实现方式中，所述源电极分别与所述源区、所述第一栅介质层和所述第二栅介质层触碰连接；

30、所述漏电极分别与所述漏区、所述阻挡介质层、所述第三栅介质层和所述第四栅介质层触碰连接；

31、所述源电极的材质为铂金属(pt)；

32、所述漏电极的材质为铪金属(hf)。

33、在第一方面的一种可能的实现方式中，所述沟道区的材质为铟镓砷(in0.53ga0.47as)；所述沟道区包括第一电子区、第二电子区、第一空穴区和第二空穴区。

34、在第一方面的一种可能的实现方式中，所述阻挡介质层的材质为二氧化铪(hfo2)。

35、本发明实施例的第二方面提供了一种无掺杂电子空穴双层隧穿场效应晶体管的制备方法，所述方法包括：

36、在预设的inp衬底上生成外延层以及在所述外延层刻蚀并淀积生成阻挡层后，在所述阻挡层上淀积生成第一层介质层；

37、在所述电介质层刻蚀并沉积生成铁电层后，在所述第一层介质层和所述铁电层上淀积金属，分别生成源电极、隧穿栅电极、控制栅电极以及漏电极；

38、使用bcb聚合物将上述源电极、隧穿栅电极、控制栅电极以及漏电极和硅衬底键合在一起并刻蚀inp衬底后，在所述外延层的一侧淀积第二层介质层；

39、在所述第二层介质层刻蚀并淀积生成铁电层后，在所述第二层介质和所述铁电层上淀积金属，分别生成源电极、隧穿栅电极、控制栅电极以及漏电极。

40、相比于现有技术，本发明实施例提供的一种无掺杂电子空穴双层隧穿场效应晶体管及制备方法，本发明的有益效果有如下几点：

41、第一、本发明基于电荷等离子体原理，感应出源漏区和沟道中的电子空穴双层，可以解决重掺杂引起的带尾态、热预算高、随机掺杂波动等问题。

42、第二、本发明采用对称双栅结构，可以使用自对准工艺，使制造过程更加简单；同时还能抑制不对称双栅结构引起的寄生对角线隧穿。

43、第三、本发明使用异质金属双栅结构，通过调控其金属功函数和宽度，不仅可以抑制栅与源区间的关态电流，而且可以激活点隧穿，从而提高器件开态电流。

44、第四、本发明在隧穿栅和控制栅的侧边嵌入铁电层，通过调节铁电层(fe1)的矫顽电场和剩余极化强度，可以提升器件的开启速度和开态电流；通过调节铁电层(fe2)的矫顽电场和剩余极化强度，不仅可以提升器件的开启速度和开态电流，而且可以大大降低器件的亚阈值摆幅。

45、第五、本发明体材料使用铟镓砷(in0.53ga0.47as)更利于提高器件的开启速度和开态电流。