[发明专利]半导体器件、包括该半导体器件的半导体装置和电子设备

说明书

本发明公开了一种半导体器件、包括该半导体器件的半导体装置、以及包括该半导体器件的电子设备。该半导体装置包括多个半导体器件。半导体器件均在两个电极之间包括铁电层、导电金属氧化物层和半导体层。导电金属氧化物层可以在铁电层和半导体层之间。铁电层、导电金属氧化物层和半导体层可以都包括金属氧化物。导电金属氧化物层可以包括从由铟氧化物、锌氧化物、锡氧化物及其任意组合组成的组中选择的一种或更多种材料。

技术领域

本发明构思涉及包括铁电层、导电金属氧化物层和半导体层的半导体器 件以及包括该半导体器件的半导体装置。

背景技术

随着电子产品趋向于轻、薄和短，对半导体器件的高集成的需求提高。 因此，已经提出各种类型的半导体器件，例如包括铁电层的半导体器件。

发明内容

提供一种能够低功率驱动并具有高集成度的半导体器件以及包括该半 导体器件的装置。

另外的方面将在下面的描述中被部分地阐述，并且部分地将从该描述变 得明显，或者可以通过本发明构思的示例实施方式的实践而获悉。

根据本发明构思的一些示例实施方式，一种半导体器件可以包括第一电 极、与第一电极隔开而不直接接触的第二电极、铁电层、导电金属氧化物层 以及半导体层。铁电层、导电金属氧化物层和半导体层可以在第一电极和第 二电极之间。

导电金属氧化物层可以邻近铁电层布置，例如在铁电层和半导体层之 间。

半导体器件可以配置为根据形成在第一电极和第二电极之间的电场的 方向来控制铁电层的极化的极化方向。半导体器件可以进一步配置为根据铁 电层的极化的极化方向而在半导体层中形成耗尽区或累积区。导电金属氧化 物层可以配置为控制铁电层的晶向，而不防止电流在半导体器件中流动。

导电金属氧化物层可以具有与铁电层的期望的晶向相同或相似的晶向。 例如，导电金属氧化物层可以具有拥有(111)和/或(001)晶向的晶体结构。

铁电层和导电金属氧化物层之间的晶格常数的差异可以相对较小。

导电金属氧化物层可以包括从由铟氧化物、锌氧化物、锡氧化物及其任 意组合组成的组中选择的一种或更多种材料。例如，导电金属氧化物层可以 包括从由铟镓锌氧化物(IGZO)、铟锡氧化物(ITO)、铟锌氧化物(IZO)、 锌氧化物(ZnO)、锡氧化物(SnO₂)、铟氧化物(In₂O₃)及其任意组合组成 的组中选择的一种或两种或更多种材料。

导电金属氧化物层可以具有等于或大于约100S/cm的电导率。

铁电层可以包括由MO₂表示的材料，其中M是Hf、Zr或其组合。此外， 铁电层可以包括表示为MO₂的材料作为基础材料，其中M是Hf、Zr或其组 合，并且可以进一步包括从由C、Si、Ge、Sn、Pb、Al、Y、La、Gd、Mg、 Ca、Sr、Ba、Ti、Zr、Hf及其组合组成的组中选择的一种或两种以上的材料， 作为掺杂剂材料。

此外，铁电层可以包括正交晶相，并可以具有拥有(111)和/或(001) 晶向的晶体结构。导电金属氧化物层和铁电层之间的晶格常数的差异可以等 于或小于10％。

半导体层可以包括从由III-V族化合物半导体、有机半导体、金属氧化 物半导体、二维材料、过渡金属二硫化物和量子点组成的组中选择的一种或 更多种材料。例如，半导体层可以包括In₂O₃、ZnO、SnO₂、钒氧化物(VO₂)、 钛氧化物(TiO₂)、铜氧化物(Cu₂O)和/或钨氧化物(WO₃)。

半导体层可以具有等于或小于约5.0eV的能带间隙。