[发明专利]一种性能可调的晶体管

说明书

本发明公开了一种性能可调的晶体管，包括源极、漏极和栅区，所述栅区自下而上包括背电极、栅极介质层、沟道层、铁电材料层和上电极，其中，所述沟道层的左右两侧分别连接至源极和漏极，所述上电极与源极通过隔离介质层隔离，所述上电极与漏极通过隔离介质层隔离；所述上电极中包括M个隔离层，所述隔离层将所述上电极划分为M+1个区域；通过在上电极不同区域施加不同电压，使得对应于铁电材料层不同区域的沟道层具有不同带隙。本发明提供的一种性能可调的晶体管，通过分段极化控制，对沟道层中不同区域分别进行带隙调整，使得不同区域的沟道层具有不同带隙，从而实现整个晶体管的多重可控状态。

技术领域

本发明涉及晶体管领域，具体涉及一种性能可调的晶体管。

背景技术

薄膜晶体管目前已经可以应用于很多领域，能够满足很多用途，从小尺寸的柔性低成本显示，到大尺寸、高分辨率、高速显示领域，都离不开薄膜晶体管。薄膜晶体管依赖于半导体沟道层对电流的控制，半导体沟道层位于源极和漏极之间，栅极介质层介于半导体层和栅极之间，通过栅极介质层和半导体沟道层界面附近载流子的电容式注入控制输出电流，即所谓的场效应。

石墨烯等二维材料是本世纪以来最为知名的一种二维材料，其优异的电学、光学、机械等方面的特性，得到了相关领域广泛的关注，尤其是其优异的电学特性，被视为是后摩尔时代半导体集成电路取代硅材料的最具吸引力的一种二维材料。然而，石墨烯没有带隙，是一种导体，因此在半导体集成电路中的应用受限。若能对石墨烯进行相应的带隙调节，将其应用在晶体管中，可满足高集成度下沟道层厚度减小的要求，且能形成性能可控的晶体管。

发明内容

本发明的目的是提供一种性能可调的晶体管，通过分段极化控制，对沟道层中不同区域分别进行带隙调整，使得不同区域的沟道层具有不同带隙，从而实现整个晶体管的多重可控状态。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种性能可调的晶体管，包括源极、漏极和栅区，所述栅区自下而上包括背电极、栅极介质层、沟道层、铁电材料层和上电极，其中，所述沟道层连接至源极和漏极，所述上电极与源极和漏极分别通过隔离介质层隔离；所述上电极中包括M个隔离层，所述隔离层将所述上电极划分为M+1个区域；M为大于0的正整数；

通过在上电极不同区域施加不同电压，使得对应于上电极不同区域的铁电材料层具有不同剩余极化强度，进而使得对应于铁电材料层不同区域的沟道层具有不同带隙，从而形成性能可调的晶体管。

进一步地，所述栅极介质层覆盖在所述背电极的上表面和侧壁，所述沟道层覆盖在所述栅极介质层的上表面和侧壁，所述沟道层沿着栅极介质层的侧壁底部向外延伸，直至连接所述源极和漏极。

进一步地，所述铁电材料层覆盖在所述沟道层的上表面和侧壁，所述上电极覆盖在所述铁电材料层的上表面和侧壁。

进一步地，所述沟道层为二维材料。

进一步地，所述沟道层包括石墨烯层或者二硫化钼或者硅薄膜。

进一步地，所述铁电材料层包括氧化铪、PZT铁电材料、BST铁电材料中的一种或多种。

进一步地，所述隔离层贯穿所述上电极。

进一步地，所述隔离层贯穿所述上电极和铁电材料层。

进一步地，所述源极和漏极短接，且所述源极、漏极和沟道层共同形成极化下电极，通过在上电极不同区域施加不同电压，使得对应于上电极不同区域的铁电材料层具有不同剩余极化强度。

进一步地，所述背电极作为极化下电极，通过在上电极不同区域施加不同电压，使得对应于上电极不同区域的铁电材料层具有不同剩余极化强度。