[发明专利]一种栅压调制动态源区pocket隧穿场效应管及其制备方法

说明书

本发明提供一种栅压调制动态源区pocket隧穿场效应管，结构简单，设计合理，开态电流等级高，能够抑制双极电流产生。其包括沿横向依次设置的源区、体区和漏区，在体区内靠近源区的界面区形成源区pocket区域；体区上下表面分别设置体区氧化层，体区氧化层上下表面分别设置有主栅多晶硅电极，作为栅极连接栅极电压V_GS；源区和源区pocket区域的上下表面分别设置源区介质层，源区介质层上下表面分别对应源区pocket区域设置金属栅电极；金属栅电极连接栅极电压V_GS；所述漏区上下表面分别设置漏区氧化层；源区与漏区的侧面分别设置金属电极，作为源极和漏极，对应连接源极电压V_S和漏极电压V_DS。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体为一种栅压调制动态源区pocket隧穿场效应管及其制备方法。

背景技术

隧穿场效应管TFET由H.Kisaki等人在1973年提出，并由P.F.Wang等人于2004年率先应用于CMOS开发。在理论上TFET可实现低于60mV/dec的亚阈值摆幅，且具有关态电流小、静态功耗低、以及频率特性好等优势。但是，隧穿场效应管应用性的最大挑战就是其开态电流(I_ON)比MOSFET小2～3个数量级。

现有技术中的隧穿场效应管包括如下三种。

第一种是采用硅同质结的隧穿场效应管(All-silicon TFET)。由于硅同质结隧穿场效应管形成源区与体区之间隧穿结的栅自对准工艺最为成熟，因此目前对于这种隧穿场效应管的研究最集中，成果也最多。但是，由于硅本身有禁带宽度较大、隧穿有效质量相对较大的特点，因此硅同质结隧穿场效应管的一方面具备关断电流(I_OFF)小、亚阈值摆幅低的优点，而另一方面也有隧穿开态电流(I_ON)小的缺点，其隧穿开态电流远小于CMOS器件的工作电流，电路可应用性不理想。

第二种是采用异质结的隧穿场效应管(Heterojunction TFET)。可分为两类，第一类：锗硅-硅异质结、锗-硅异质结隧穿场效应管(SiGe-Si,or Ge-Si,HeterojunctionTFET)，在源区采用锗硅、或锗等窄禁带半导体材料，那么可以在不增大关断电流的情况下，有效提高开态电流，可实现8倍于硅同质结隧穿场效应管的开态电流。第二类：以III-V族化合物半导体为衬底的III-V族化合物异质结隧穿场效应管(Group III-V-semiconductor-based,III-V-semiconductor Heterojunction TFET)。但亚阈值斜率的最小值仍然较大，达到90mV/dec，无法满足使用需求。

第三种是基于碳基的隧穿场效应管(Carbon-based TFETs)。包括采用碳纳米管或石墨烯来取代硅作为体区，生成隧穿效应管。虽然理论上以碳纳米管或石墨烯作为体区，能够使得载流子具有更小的有效质量，较窄的禁带宽度和直接带隙的特点，以及栅在整个体区的良好控制能力，使得碳基隧穿场效应管极具吸引力。但是，在实际制造中无论是碳纳米管基还是石墨烯基都面临困难。

总的来说，硅基TFET由于载流子隧穿质量和禁带宽度都偏大，因此根据带带隧穿概率T_WKB原理可知，相同结构下TFET器件的隧穿几率较小，从而开态电流偏小，限制了隧穿场效应管的应用；并且当TFET器件处于反向工作状态时，由于器件本身的对称结构，“漏-沟”结也会型成隧穿，就会产生反向隧穿电流，称之为双极电流，使得亚阈值摆幅小的优势因工艺因素而削弱，导致其结构性能无法满足需求。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种栅压调制动态源区pocket结构的隧穿场效应管及其制备方法，结构简单，设计合理，开态电流等级高，能够抑制双极电流产生。

本发明是通过以下技术方案来实现：