[发明专利]一种晶体管器件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路技术领域，更具体地，本发明涉及基于叠层氧化物薄膜电子器件及其制造方法。

背景技术

传统的半导体p-n结和基于半导体p-n结的二极管和晶体管作为半导体电子线路和集成电路中的基本元器件在半导体电子工业中得到广泛的应用。诸如硅和锗的常见半导体材料的本征电导性很弱，通过引入不同价态的杂质元素可以改变其电导性能，还可以使半导体变为以电子为主要载流子的n-型半导体或以空穴为主要载流子的p-型半导体。将合适的p-型和n-型半导体结合在一起，p-型半导体和n-型半导体之间的载流子由于浓度差而相互扩散，在两种半导体相互接触的界面附近产生复合，形成一定厚度的载流子耗尽层。同时，由于载流子重新分布在p-n结之间，也产生了一个方向由n-极指向p-极的自建电场，以阻挡由于载流子浓度梯度所引起的载流子的进一步扩散。在外加偏压的情况下，外加偏压电场与自建电场方向相同时，将进一步阻挡多数载流子的扩散，形成高阻态；外加偏压电场与自建电场方向相反时，自建电场将被削弱甚至抵消，多数载流子的扩散变得容易起来，整个p-n结则呈现低电阻。因此p-n结具有单向导电性，即具有整流特性。

基于上述p-n结的特性，p-n结在加正向偏置或反向偏置时，工作状态截然不同。处于正向偏置时，在n-极端施加负偏压，在p-极端施加正偏压；反之，处于反向偏置时，在n-极端施加正偏压，在p-极端施加负偏压。在p-n结处于正向偏置时，电子扩散穿过耗尽层的势垒区从n-极注入p-极，空穴从p-极注入n-极，形成正向电流。正向电流的电荷由多子贡献，所以电流很大，达到某一偏压值时，电流急剧增大；而当p-n结处于反向偏置时，电子作为少子从p-极被拉向n-极，空穴从n-极被拉向p-极，形成反向电流，反向电流的电荷来源是少子，因此电流很小，除非偏置电压达到击穿电压，否则反向电流不会有急增现象。这就是用p-n结能够构建二极管和用两个在电输运上相互关联的p-n结能够构建成晶体管，即双极型晶体管的基础。解决上述反向电流小的问题的途径就是为反向偏置的p-n结提供大量的少子。根据上述正向偏置和反向偏置的p-n结的特性，为反向偏置的p-n结提供电流少子的一种方法就是在其附近设置一个正向偏置的p-n结提供少子，也就是制作两个相互靠近的p-n结，一个被正向偏置，一个被反向偏置，来自正向偏置的p-n结的大量的少子还来不及被复合，就被反向偏置的p-n结收集过去，从而形成较大的反向电流。这样，反向电流的大小取决于从正向偏置的p-n结注入过来的少子的数量，而注入的少子数量又决定于正向偏压。从而两个靠得很近(在电输运上能够相互关联)的p-n结，由正向偏置的p-n结的偏压控制反向偏置的p-n结的电流，构成能够将信号放大的晶体管。半导体材料本身因为其多数载流子是通过热激发产生的，随着温度的改变而在数量上会有很大的变化，因此，半导体p-n结的工作温区一般处于室温附近一个较窄的温度区间内。

近年来，随着对新型材料的研究，已经发现钙钛矿结构氧化物材料由于其结构相似，材料种类多样而具有多种新的特性，最主要的如高温超导电性、铁电性和超大磁电阻效应，这是常规半导体材料所不具备的，所以钙钛矿结构氧化物材料受到了越来越多的关注，并且已被制成多种器件和得到实质性的应用。同时，由于材料种类及其掺杂程度的不同，存在着以空穴为主要载流子的p-型钙钛矿结构氧化物和以电子为主要载流子的n-型钙钛矿结构氧化物，以钙钛矿结构氧化物发展的电子器件应用已逐步形成了一个新的领域，即氧化物电子学，包括：以宏观量子现象为基础的高温超导电子学和相应的多种高温超导电子器件(这里主要指钙钛矿结构铜氧化物高温超导体)；以超大磁电阻(CMR)效应和自旋极化效应为基础的自旋电子学以及相应的高密度的磁存储器件和开关器件(这里主要指铁磁相的钙钛矿结构锰氧化物超大磁电阻材料)；以电荷极化为基础的氧化物铁电体随机存取存储器件和铁电动态随机存取存储器件、场效应器件以及微波调谐器件(这里主要指钙钛矿结构氧化物铁电体)。