[发明专利]金属氧化物半导体场效应晶体管及其制造方法

说明书

提供一种金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）器件。所述器件包括：衬底；在所述衬底上的氧化物层；在所述氧化物层上的栅极；在所述衬底上的源极和漏极，其中所述源极和所述漏极掺杂有第一类型的掺杂剂；以及耦合到所述源极的冷源极，其中所述冷源极包括结，所述结在掺杂有第二类型的掺杂剂的半导体与从由金属和半金属组成的群组中选择的材料之间。

技术领域

下面讨论的技术一般涉及金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）电路，并且更具体地，涉及具有低亚阈值摆幅（subthreshold swing）的MOSFET电路。

背景技术

对于过去的几十年，遵循摩尔定律的金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）的按比例缩小已经使得信息技术能够持续发展。通过减少晶体管的沟道长度，开关速度变得更快，器件密度变得更高，并且电路更强大和有效。然而，电子器件性能的指数增长不能如由摩尔定律所预测地永远持续。在现今晶体管技术所面临的问题之中，由于供应电压的缩放限制，功耗问题突出。例如，MOSFET的器件原理规定了在室温下的亚阈值摆幅（SS）限制为60 mV/decade。这是现有MOSFET设计的物理限制，而不管沟道材料和/或器件结构如何。这种物理极限阻止了MOSFET器件的供应电压和功率耗散的进一步减少。

对除MOSFET以外的新的电流开关（例如隧穿FET（TFET）和负电容FET（NC-FET））的正在进行的研究指示需要找到使得晶体管能够在没有60 mV/decade SS限制的情况下接通和断开的同时具有与MOSFET的大导通电流类似的大导通电流的器件原理。最近，通过利用在晶体管源极处的状态密度（DOS），在FET的源极处注入类Dirac的电子的情况下实验性地实现并且理论上研究了亚60 mV/decade开关。此外，通过将电子从石墨烯注入到碳纳米管，可以实现比现今的最佳TFET更高数量级的高导通状态电流以及亚60 mV/decade开关。

发明内容

本申请通过在p-型和n-型半导体之间引入金属/半金属提出了具有冷源极（coldsource，CS）的新型场效应晶体管（FET）。通过设计来自此类冷源极的注入载流子的状态密度（DOS），实现了高能电子的有效能量过滤，并且小至大约23 mV/decade的陡斜率开关在所得到的CS-FET中是可实现的。

在一个方面，本申请提供了一种金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）器件，所述MOSFET器件包括：衬底；在所述衬底上的氧化物层；在所述氧化物层上的栅极；在所述衬底上的源极和漏极，其中所述源极和所述漏极掺杂有第一类型的掺杂剂；以及耦合到所述源极的冷源极，其中所述冷源极包括结，所述结在掺杂有第二类型的掺杂剂的半导体与从由金属和半金属组成的群组中选择的材料之间。

在另一方面，本申请提供了一种制造金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）器件的方法，所述方法包括：提供衬底；在所述衬底上提供氧化物层；在所述氧化层上形成栅极；在所述衬底上形成源极和漏极，其中所述源极和所述漏极掺杂有第一类型的掺杂剂；以及形成耦合到所述源极的冷源极，其中所述冷源极包括结，所述结在掺杂有第二类型的掺杂剂的半导体与从由金属和半金属组成的群组中选择的材料之间。

在另一方面，本申请提供了一种金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET），所述MOSFET包括：第一导电类型的源极区和漏极区；在所述源极区和所述漏极区之间的与所述第一导电类型相反的第二导电类型的体区；通过绝缘层来与所述体区的沟道区分离的栅极；以及耦合到所述源极区的冷源极，其中所述冷源极配置成在所述源极区中提供能带间隙从而抑制热尾。

附图说明

图1a是根据本公开的一个方面的对常规FET和冷源极FET（CS-FET）的操作机制进行比较的图。

图1b是示出根据本公开的一些方面的两种类型的冷源极的图。

图1c是示出根据本公开的一个方面的硅冷源极FET的概念图。

图1d是示出硅膜的原子结构和能带结构的图。