[发明专利]一种基于冷金属的冷源二极管

说明书

本发明涉及集成电路领域，尤其涉及一种基于冷金属的冷源二极管结构。所述冷源二极管结构的一侧为冷金属区域，另一侧为半导体区域，所述冷金属区域和所述半导体区域相接触；所述冷金属区域采用具有冷金属性质的材料。本发明提供的基于冷金属的冷源二极管结构能够实现理想因子低于1的电流电压特性，实现极低的二极管开启电压，降低二极管的功耗。还可以实现很好的负微分电阻效应，可以用来实现多值逻辑，降低电路的复杂度。

技术领域

本发明涉及集成电路领域，尤其涉及一种基于冷金属的冷源二极管结构。

背景技术

随着集成电路规模的不断扩大，功耗是现代CMOS技术的一大挑战，因此，半导体工业的发展迫切需要节能的器件，二极管是集成电路中的重要元件，有着广泛的应用，如整流器、限流器、选择器等。二极管作为一种广泛应用的电子器件，往往存在关态电流较大和开启电压较高的问题，从而导致了非常严重的功耗问题，在传统的器件结构中，室温下二极管的理想因子总会大于1，极大地限制了二极管的关断和开启，阻碍了电压和功耗的进一步降低。

传统二极管存在的一个理想因子大于1的热电子发射开关极限，极大地限制了器件的开启电压和功耗，因此需要探索新的材料和新的器件结构来改善二极管的性质。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于冷金属的冷源二极管结构。本发明提供的基于冷金属的冷源二极管结构能够实现理想因子低于1的电流电压特性，实现极低的二极管开启电压，降低二极管的功耗。还可以实现非常良好的负微分电阻效应，可以用来实现多值逻辑，降低电路的复杂度。

本发明提供的基于冷金属的冷源二极管结构，所述冷源二极管结构的一侧为冷金属区域，另一侧为半导体区域，所述冷金属区域和所述半导体区域相接触；所述冷金属区域采用具有冷金属性质的材料。本发明利用冷金属性质即具有独特的能带结构，在它的中间能带与导带底、价带顶之间存在带隙，利用该特殊的能带结构能够在二端器件当中实现低功耗的二极管。目前低功耗领域主要使用的二极管是肖特基二极管，肖特基二极管采用普通金属和半导体形成接触，相比于一般的PN结二极管拥有更低的开启电压，因此在存储阵列当中可以用作选通管，而本发明所构建的冷金属-半导体异质结冷源二极管，该结构能够实现0.2V～0.5V的开启电压，相对于肖特基二极管拥有更大的优势，可以大大的降低选通器件带来的功耗。同时在本发明所构建的结构中对其中的半导体部分进行掺杂之后，器件也可以实现非常良好的负微分电阻效应，也就是说随着电压的增大电流反而出现了很大的下降，本发明实现了超过10⁵的电流下降比例，有这种效应的器件可以用来实现多值逻辑，降低电路的复杂度。

作为优选，所述具有冷金属性质的材料为冷金属材料，优选为二维冷金属材料和/或三维冷金属材料。

进一步优选，所述冷金属材料为2H相的二维冷金属材料或三维冷金属材料。

进一步优选，所述二维冷金属材料选自NbS₂、NbSe₂、NbTe₂、TaS₂、TaSe₂或TaTe₂，所述三维冷金属材料选自Nb₂(PO₄)₃、TiCoO₃或Ce₂TeO₂。

作为优选，所述半导体区域选用的半导体材料为一维半导体材料或二维半导体材料或三维半导体材料。

进一步优选，所述一维半导体材料包括InAs纳米线或β-Ga₂O₃纳米线等材料，所述二维半导体材料包括MoS₂、MoSe₂、WS₂或WSe₂等材料；所述三维半导体材料包括Si或Ge等材料。