高温沉积顶栅绝缘层，也不需要顶栅绝缘层与源极和漏极之间的套刻工艺。
[0037]图5是本发明第二个实施例的薄膜晶体管的剖视图。如图5所示，薄膜晶体管30与薄膜晶体管20基本相同，区别在于，采用Mga5Zna5O绝缘层33替换图2中的氧化铝绝缘层23，并且采用Mga4Zna6O = F沟道层34替换了图2中的IGZO沟道层24。
[0038]MgxZrvxO是由纤锌矿ZnO和岩盐矿MgO组合而成的一种带隙可调的材料。通过改变Zn和Mg的配比，可以使MgxZrvxO的带隙在3.37eV到7.8eV之间调节，从而使其为半导体或绝缘体。
[0039]图6是图5所示的薄膜晶体管的传输特性曲线。其中源极21接地(电压为O)，Vg表示栅源电压，调节电极27的电压为O。如图6所示，薄膜晶体管30的传输特性曲线与一般场效应晶体管的传输特性曲线一致，同样具有线性区和饱和区。
[0040]图7是图5所示的薄膜晶体管的转移特性曲线。其中Vm表示调节电极27的电压值。如图7所示，当Vm> O时，其转移特性曲线向右平移。薄膜晶体管30处于常闭状态，即薄膜晶体管30的导电方式为增强型。随着Vm增加，其阈值电压也逐渐增加。iVm<0时，其转移特性曲线向左平移。薄膜晶体管30处于常开状态，即薄膜晶体管30的导电方式为耗尽型。随着Vm减小，其阈值电压也逐渐减小。根据上述结论可知，通过改变调节电极27的电压值Vm即可调节薄膜晶体管30的阈值电压。
[0041]薄膜晶体管30与薄膜晶体管20的工作原理和制备方法相同，在此不再赘述。
[0042]图8是根据本发明第三个实施例的薄膜晶体管的剖面图。如图8所示，薄膜晶体管40与薄膜晶体管20基本相同，区别在于，栅极41位于氧化铝绝缘层43和衬底22之间，且氧化铝绝缘层43覆盖在栅极41上，使得栅极41和氧化铝绝缘层43上的IGZO沟道层24绝缘。其工作原理和薄膜晶体管20完全相同，在此不再赘述。其具有与薄膜晶体管20相似的传输特性曲线和转移特性曲线。
[0043]以下将简单说明薄膜晶体管40的制备方法。在干净的硅衬底22上依次制作栅极41、生长氧化铝绝缘层43和IGZO沟道层24，并在IGZO沟道层24上同时制作源极28、漏极26和调节电极27。在制备过程中，确保栅极41和IGZO沟道层24之间绝缘即可。
[0044]图9是根据本发明第四个实施例的薄膜晶体管的剖面图。如图9所示，薄膜晶体管50从下至上依次包括调节电极27、硅衬底22和IGZO沟道层24，位于IGZO沟道层24上的源极28、漏极26和氧化铝绝缘层53，以及位于氧化铝绝缘层53上的栅极21。其中氧化铝绝缘层53位于源极28和漏极26中间。其工作原理和薄膜晶体管20完全相同，在此不再赘述。其具有与薄膜晶体管20相似的传输特性曲线和转移特性曲线。
[0045]以下将简单说明薄膜晶体管50的制备方法。在硅衬底22的一个表面上生长IGZO沟道层24，在IGZO沟道层24上制作源极28、漏极26和氧化铝绝缘层53，在氧化铝绝缘层53上制作栅极21，最后在硅衬底22的另一个表面上制作调节电极27。
[0046]图10是根据本发明第五个实施例的薄膜晶体管的剖面图。如图10所示，薄膜晶体管60与薄膜晶体管50基本相同，区别在于，调节电极67位于硅衬底22和IGZO沟道层24中间。其工作原理和薄膜晶体管20完全相同，在此不再赘述。其具有与薄膜晶体管20相似的传输特性曲线和转移特性曲线。
[0047]以下将简单说明薄膜晶体管60的制备方法。在硅衬底22上依次沉积调节电极67、IGZO沟道层24，在IGZO沟道层24上沉积源极28、漏极26和氧化铝绝缘层53，在氧化铝绝缘层53上制作栅极21。
[0048]根据本发明的薄膜晶体管的结构和工作原理可知，本发明的薄膜晶体管中的调节电极与沟道层是电接触或电连接，且薄膜晶体管中的栅极与沟道层之间绝缘。例如调节电极可与沟道层直接接触或通过非绝缘的衬底与沟道层电连接。
[0049]本领域的技术人员可以理解，本发明的薄膜晶体管的沟道层的材料并不限于IGZO和MgQ.4ZnQ.60:F，还可以是其他的半导体材料，例如ZnO，GaN或Si。本发明的薄膜晶体管的绝缘层并不限于Al2O3和Mg ο.5Zn0.50，还可以是其他绝缘层，例如SiNx、MgO、BeO、Ta2O5^HfO2,21"02或 S1 2。
[0050]本发明的薄膜晶体管中的源极、调节电极、漏极和栅极可以由任意的导电材料制成。
[0051 ] 虽然本发明已经通过优选实施例进行了描述，然而本发明并非局限于这里所描述的实施例，在不脱离本发明范围的情况下还包括所作出的各种改变以及变化。
【主权项】
1.一种薄膜晶体管，其特征在于，包括沟道层、绝缘层、源极、漏极、栅极和调节电极，所述沟道层具有相对设置的第一表面和第二表面，所述源极和漏极位于所述沟道层的第一表面上，所述调节电极与所述沟道层的第一表面和第二表面中的一个表面电连接，所述绝缘层设置在所述沟道层的第一表面和第二表面中的另一个表面上，并位于所述栅极和所述沟道层之间。
2.根据权利要求1所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述调节电极位于所述沟道层的第一表面上，且位于所述源极和漏极之间，所述绝缘层位于所述栅极和所述沟道层的第二表面之间。
3.根据权利要求2所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述薄膜晶体管还包括衬底，所述衬底位于所述绝缘层和所述栅极之间。
4.根据权利要求2所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述薄膜晶体管还包括衬底，所述栅极位于所述绝缘层和所述衬底之间。
5.根据权利要求1所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述绝缘层位于所述沟道层的第一表面上，且位于所述源极和漏极之间，所述栅极位于所述绝缘层上，所述调节电极与所述沟道层的第二表面电连接。
6.根据权利要求5所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述薄膜晶体管还包括非绝缘衬底，所述非绝缘衬底位于所述沟道层的第二表面与所述调节电极之间。
7.根据权利要求5所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述薄膜晶体管还包括衬底，所述调节电极位于所述衬底和所述沟道层的第二表面之间。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述沟道层由半导体材料制成，所述绝缘层由绝缘材料制成，所述源极、漏极、栅极和调节电极由导电材料制成。
9.根据权利要求8所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述沟道层的材料为IGZO，所述IGZO由In2O3> Ga2O3和ZnO按照摩尔比1:1:1制成。
10.根据权利要求8所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述沟道层的材料为Mga4Zna6O:F。
【专利摘要】本发明提供了一种薄膜晶体管，包括沟道层、绝缘层、源极、漏极、栅极和调节电极，所述沟道层具有相对设置的第一表面和第二表面，所述源极和漏极位于所述沟道层的第一表面上，所述调节电极与所述沟道层的第一表面和第二表面中的一个表面电连接，所述绝缘层设置在所述沟道层的第一表面和第二表面中的另一个表面上，并位于所述栅极和所述沟道层之间。本发明的薄膜晶体管阈值电压可调、结构简单、成本低。
【IPC分类】H01L29-786, H01L29-40, H01L29-417
【公开号】CN104576752
【申请号】CN201410741101
【发明人】张永晖, 梅增霞, 刘利书, 梁会力, 刘尧平, 杜小龙
【申请人】中国科学院物理研究所
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2014年12月5日