[发明专利]一种双层沟道结构的突触晶体管

说明书

本发明公开了一种双层沟道结构的突触晶体管，包括衬底，所述衬底上设置有通过栅绝缘层与源电极、漏电极相隔开的栅电极，所述源电极和漏电极在同层间隔设置；所述栅绝缘层与源电极、漏电极之间设置有低电阻率沟道层和高电阻率沟道层；所述低电阻率沟道层位于栅绝缘层与高电阻率沟道层之间，所述低电阻率沟道层的厚度为3nm‑10nm；所述高电阻率沟道层位于低电阻率沟道层与源电极、漏电极之间，所述高电阻率沟道层的厚度为40nm‑100nm。本发明旨在提供一种通过在晶体管内设置高低电阻的双层沟道结构，使晶体管的转移特性曲线中制造出存储窗口，实现仿生突触信号。

技术领域

本发明涉及半导体器件领域，尤其涉及一种双层沟道结构的突触晶体管。

背景技术

神经形态芯片通过模拟生物大脑的结构和功能实现信息的分布式存储和并行处理，相比于传统的冯·诺依曼系统，具有低功耗、高适应性、自主学习等能力，在模式识别、复杂感知等领域展现了独有的优势和巨大的应用潜力。突触是组成生物神经系统的基本单元，能够模拟生物突触行为的神经形态器件引起了广泛的关注。两端器件如忆阻器等难以实现数据传输和自主学习等复杂仿生功能，因而基于铁电栅和电解质栅的三端突触晶体管受到越来越多的关注和研究。

铁电栅突触晶体管是在传统场效应晶体管中引入具有自发极化的铁电绝缘层，通过栅压改变铁电材料的极化态就可以准确调制沟道的载流子浓度，具有低功耗、高工作速度的优点。然而PbZrTiO3、铪基氧化物等铁电材料需要高温晶化，不适用于柔性电子集成，有机铁电材料P(VDF-TrFE)与氧化物的界面性能差。电解质栅突触晶体管的栅介电层是富含可移动离子的电解质，这些离子在外电场作用下发生迁移，在半导体沟道与电解质或电解质与栅电极的界面处形成紧密的双电层。它可同时实现短程和长程突触塑性，工作电压低，功耗小，并且兼容柔性电子工艺，但是柔性电解质栅突触晶体管的长期稳定性存在许多问题，并且液态的电解质在集成和封装上存在难度。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，旨在提供一种通过在晶体管内设置高低电阻的双层沟道结构，使晶体管的转移特性曲线中制造出存储窗口，实现仿生突触信号。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种双层沟道结构的突触晶体管，包括衬底，所述衬底上设置有通过栅绝缘层与源电极、漏电极相隔开的栅电极，所述源电极和漏电极在同层间隔设置；所述栅绝缘层与源电极、漏电极之间设置有低电阻率沟道层和高电阻率沟道层；所述低电阻率沟道层位于栅绝缘层与高电阻率沟道层之间，所述低电阻率沟道层的厚度为3nm-10nm；所述高电阻率沟道层位于低电阻率沟道层与源电极、漏电极之间，所述高电阻率沟道层的厚度为40nm-100nm。

进一步的，所述低电阻率沟道层的载流子浓度为1×10¹⁸cm^-3至1×10²⁰cm^-3，载流子迁移率为1cm²/V·s至100cm²/V·s，电阻率为1×10^-4Ω·cm至10Ω·cm。

进一步的，所述低电阻率沟道层由氧化锌、掺铝氧化锌、铟镓锌氧、掺镓氧化锌、铟锡氧、铟锌氧、锌锡氧、氧化亚铜、氧化锡中的其中一种构成。

进一步的，所述高电阻率沟道层的载流子浓度为1×10¹²cm^-3至1×10¹⁷cm^-3，载流子迁移率为1cm²/V·s至100cm²/V·s，电阻率为100Ω·cm至10⁵Ω·cm。

进一步的，所述高电阻率沟道层由氧化锌、铟镓锌氧、铟锌氧、镁锌氧、锌锡氧、氧化亚铜、氧化锡中的其中一种构成。