[发明专利]场效应晶体管结构及其制作方法

说明书

本发明实施例公开了一种场效应晶体管结构及其制作方法，该场效应晶体管结构包括：底栅电极；底栅介质层；纳米条带沟道层，所述纳米条带沟道层是由多个平行间隔开的双层石墨烯纳米条带构成，所述纳米条带沟道层覆盖于所述底栅介质层的上表面，且与所述底栅介质层的上表面接触；源极和漏极；顶栅介质层；顶栅电极。本发明实施例提供的场效应晶体管结构及其制作方法，能够在不牺牲器件开态电流的情况下，有效地减少栅介质电荷中心的影响，使器件能够有较好地关断，提升器件开关比。

技术领域

本发明属于半导体器件及制造领域，特别是涉及一种场效应晶体管结构及其制作方法。

背景技术

自1960年金属-氧化物-半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-SemiconductorField-Effect Transistor，MOSFET)器件研制成功后，因其具有低功耗、可靠性高、尺寸易于缩小等优点，成为微处理器与半导体存储器等先进集成电路中不可或缺的核心部分，并迅速蓬勃发展。为了增加器件密度、响应速度以及芯片的功能，器件尺寸的按比例缩小是互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)技术长期以来的发展趋势。即根据摩尔定律，芯片的集成度每18个月至2年提高一倍。随着微电子领域器件尺寸的不断减小，硅材料逐渐接近其加工的极限。为延长摩尔定律的寿命，国际半导体工业界纷纷提出超越硅技术，其中最有希望的石墨烯应运而生。

室温下石墨烯电子迁移率大于10000cm²V^-1s^-1，大大超过硅、锗等常规的半导体材料，很适合制作电子器件。但是本征石墨烯是零带隙的，这造成石墨烯场效应晶体管的器件开关比低，饱和特性差，也不利于模拟应用。

石墨烯打开带隙的一种常用方法是采用简单的双栅结构对双层石墨烯施加垂直电压。如图1所示，双层石墨烯夹在两个平行的金属极板之间，其带隙大小随两极板间所施加的电压变化。其中，101为顶栅电极，102为顶栅介质层，103为双层石墨烯，104为底栅介质层，105为底栅电极。当图1中的顶栅电压V_TG和底栅电压V_BG发生变化时，可以打开不到0.1eV的带隙。对于石墨烯制作的电子器件来说，判定其性能优劣的重要指标包括器件开关比、载流子迁移率等。而0.1eV的带隙能够带来的器件开关比几乎都在两个数量级内，这对于利用石墨烯制作电子器件的需求来说是远远不够的。普度大学的Tao Chu等通过采用较薄的电介质，同时将沟道做窄，可以打开带隙0.2eV，并且可以将器件室温开关比达到150。但是这种方法是通过牺牲开态电流来提高器件开关比的，使得器件的输出性能变差，同样不利于石墨烯器件的应用。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种场效应晶体管结构及其制作方法，能够在不牺牲开态电流的情况下，提高器件开关比。

第一方面，提供了一种场效应晶体管结构，该场效应晶体管结构包括：底栅电极；底栅介质层，该底栅介质层覆盖于该底栅电极的上表面，且与该底栅电极的上表面接触；纳米条带沟道层，该纳米条带沟道层是由多个平行间隔开的双层石墨烯纳米条带构成，该纳米条带沟道层覆盖于该底栅介质层的上表面，且与该底栅介质层的上表面接触；源极和漏极，该源极和该漏极之间具有平行间距，且分别与该纳米条带沟道层接触，该源极的长度方向和该漏极的长度方向均与该纳米条带沟道层的沟道方向有夹角，该源极的上表面与该漏极的上表面均与该纳米条带沟道层的上表面平行；顶栅介质层，该顶栅介质层覆盖于该源极和该漏极之间的该纳米条带沟道层的上表面，且与该纳米条带沟道层的上表面接触；顶栅电极，该顶栅电极覆盖于该顶栅介质层的上表面，且与该顶栅介质层的上表面接触，该顶栅电极与该底栅电极通过外部电路相连，该外部电路为除该场效应晶体管结构以外的电路。

采用多条平行间隔的双层石墨烯纳米条带作为沟道层，能够在不牺牲器件开态电流的情况下，有效地减少栅介质电荷中心的影响，使器件能够有较好的关断，提升器件开关比。

这里的平行间距是指源极和漏极平行放置，并且之间具有一定的间隔。