[发明专利]一种非对称线性峰值掺杂的黑磷场效应管

说明书

本发明公开了一种非对称线性峰值掺杂的黑磷场效应管，包括非对称线性峰值掺杂的导电沟道、未掺杂的本征导电沟道、源区、漏区、栅极氧化层、源极、漏极、栅极；所述的线性峰值掺杂的导电沟道、未掺杂的本征导电沟道、源区、漏区均采用黑磷材料制作，在线性峰值掺杂的导电沟道、未掺杂的本征导电沟道、源区、漏区外，生成一层栅极氧化层，在栅极氧化层外再沉淀一层金属电极，作为非对称线性峰值掺杂的黑磷场效应管的栅极。本发明源/漏区和沟道之间的带间隧穿显著减少，作为隧穿效应减小的结果，得到了更低的漏电流和更高的开关电流比，并且在固定的开/关电流比率下，非对称线性峰值掺杂结构比起传统结构具有较低的延迟和PDP。

技术领域

本发明涉及黑磷场效应管领域，尤其是在黑磷器件的沟道掺杂优化方面。

背景技术

石墨烯的成功分离激发了近十年来对二维(2D)材料的研究工作的迅速发展。最近，黑磷被重新视为一种具有高空穴迁移率和中等开/关比的新型2D材料运用在黑磷场效应晶体管上。在几种磷的同素异形体中，黑磷在环境压力下具有最稳定的晶体结构。它是通过替代堆叠磷杂环烯层而形成的，其中磷原子形成起皱的蜂窝状晶格。这种结构不同于其他磷元素(第15族)晶体的A7结构。黑磷是继锗和硅之后实现的第三个元素半导体与半金属石墨烯具有零带隙和单层MOS2具有直接带隙约1.8eV不同，黑磷显示随厚度而定的直接带隙，其从约0.3eV(块状)变化到＞1.4eV(单层)。这种可调带隙有利于光电子应用(如光电晶体管，pn二极管和太阳能电池)。另外，由于其面内晶格的褶皱性质，BP显示出有趣的各向异性性质。几项研究已经探索了BP中的各向异性输运，这使得BP可以用于可能利用各向异性特性的新型电子和光电子器件当中。

可以预见，黑磷凭借其优异的电学特性在未来纳米电子应用领域有着广阔的前景。不过由于传统的黑磷器件会出现典型的双极型效应，以及随着器件尺寸不断缩小等因素会产生一些二级效应如漏致势垒降低(DIBL)效应和热载流子效应(HCE)等问题，从横向沟道工程的角度出发，迫切需要提出一种用于改善常规黑磷场效应管电学性能的新型掺杂策略。

发明内容

发明目的：针对传统结构的黑磷场效应管中众所周知的双极性效应，大大限制了器件的性能；而传统结构的黑磷场效应管的带间隧道效应，又导致了双极性传导；又因此，漏电流往往会大到难以忍受，本发明提出了一种非对称线性峰值掺杂的黑磷场效应管。

技术方案：一种非对称线性峰值掺杂的黑磷场效应管，包括：非对称线性峰值掺杂的导电沟道、未掺杂的本征导电沟道、源区、漏区、栅极氧化层、源极、漏极、栅极；非对称线性峰值掺杂的导电沟道、未掺杂的本征导电沟道、源区、漏区采用一根本征半导体黑磷制作而成；对本征半导体黑磷的两端采用分子或金属离子进行第一杂质重掺杂后，分别作为源区和漏区，本征半导体黑磷的中间部分分为两部分，靠近源极的部分作为非对称线性峰值掺杂的导电沟道，靠近漏极的部分作为未掺杂的本征导电沟道，非对称线性峰值掺杂导电沟道通过第二杂质掺杂逐渐掺杂，掺杂浓度从源极侧向黑磷中间线性减小；在非对称线性峰值掺杂的导电沟道、未掺杂的本征导电沟道、源区、漏区外生成一层栅极氧化层，在栅极氧化层外再沉淀一层金属电极，作为栅极；在位于源区和漏区之上的栅极氧化层上分别刻蚀一源极引线孔和漏极引线孔，在该源极引线孔内制备所述的源极，在漏极引线孔内制备所述的漏极。

进一步的，非对称线性峰值掺杂导电沟道靠近源区侧的掺杂浓度为最大水平，远离源区侧的浓度为零。

进一步的，源区和漏区为N型重掺杂，非对称线性峰值掺杂的导电沟道为P型掺杂。

进一步的，非对称线性峰值掺杂的导电沟道与未掺杂的本征导电沟道构成完整导电沟道。

进一步的，非对称线性峰值掺杂的导电沟道与未掺杂的本征导电沟道横向长度相等。