莫特晶体管及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种莫特晶体管及其制备方法，其中方法包括如下步骤：采用镀膜工艺在衬底表面制备栅极，并在栅极表面依次制备栅介质层和沟道层；并在未被沟道层覆盖的栅介质层表面制备源极和漏极，完成底栅结构的莫特晶体管的制备；或采用镀膜工艺在衬底表面依次制备沟道层和栅介质层，并在未被栅介质层覆盖的沟道层表面制备源极和漏极，在栅介质层表面制备栅极，完成顶栅结构的莫特晶体管的制备；其中，沟道层为莫特绝缘体薄膜；栅介质层为固态氧化物质子导体膜。其实现了莫特晶体管的全固态结构。由此，当制备的莫特晶体管中进行莫特转变时，不会出现漏液和热稳定性差的问题。最终有效解决了传统的莫特晶体管稳定性较差的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体器件
，特别是涉及一种莫特晶体管及制备方法。
技术介绍
莫特(Mott)绝缘体是具有强电子关联效应的绝缘体，其通过热、光和电场都可引起莫特绝缘体的金属-绝缘体莫特转变，这就使得莫特绝缘体可应用于窗户涂层、新型固态存储器、超材料、莫特场效应晶体管等领域。目前，采用莫特绝缘体制备的莫特晶体管，其通常采用二氧化钒(VO2)作为晶体管的沟道层、离子液作为晶体管的栅介质层，通过静电调控使得二氧化钒在较高温度下发生金属-绝缘体莫特转变。但是，采用离子液作为莫特晶体管的栅介质层时，由于其存在漏液和热稳定性差等潜在问题，使得莫特晶体管的稳定性较差。
技术实现思路
基于此，有必要针对传统的采用离子液作为莫特晶体管的栅介质层时存在漏液和热稳定性差，导致莫特晶体管的稳定性较差的问题，提供一种莫特晶体管及制备方法。为实现本专利技术目的提供的一种莫特晶体管制备方法，包括如下步骤：采用镀膜工艺在衬底表面制备栅极，并在所述栅极表面依次制备栅介质层和沟道层；并在未被所述沟道层覆盖的所述栅介质层表面制备源极和漏极，完成底栅结构的莫特晶体管的制备；或采用所述镀膜工艺在所述衬底表面依次制备所述沟道层和所述栅介质层，并在未被所述栅介质层覆盖的所述沟道层表面制备所述源极和所述漏极，在所述栅介质层表面制备所述栅极，完成顶栅结构的莫特晶体管的制备；其中，所述沟道层为莫特绝缘体薄膜；所述栅介质层为固态氧化物质子导体膜。在其中一个实施例中，所述镀膜工艺为等离子体增强化学气相沉积工艺、磁控溅射工艺、电子束蒸发工艺或脉冲激光沉积工艺。在其中一个实施例中，采用磁控溅射沉积工艺制备所述栅介质层时的工艺条件为：功率密度为0.64W/cm2-2.55W/cm2；靶材至衬底之间的距离为8cm-20cm。相应的，本专利技术还提供了一种莫特晶体管，采用上述任一种莫特晶体管制备方法制备，包括：衬底，形成于所述衬底上的栅极，依次形成于所述栅极上的栅介质层和沟道层，以及形成于未被所述沟道层覆盖的所述栅介质层上的源极和漏极；或所述衬底，依次形成于所述衬底上的所述沟道层和所述栅介质层，以及形成于未被所述栅介质层覆盖的所述沟道层上的所述源极和所述漏极，以及形成于所述栅介质层上的所述栅极；其中，所述沟道层为莫特绝缘体薄膜；所述栅介质层为固态氧化物质子导体膜。在其中一个实施例中，所述固态氧化物质子导体膜的材料为二氧化硅、氧化铝、氧化钨、氧化锆和氧化铪中的至少一种。在其中一个实施例中，所述栅介质层的厚度为200nm—10μm。在其中一个实施例中，所述莫特绝缘体的材料为二氧化钒、氧化钴、钙钛矿、镍酸盐、钇掺杂的Ca3Co4O9、氧掺杂的YBa2Cu3O7-δ、NdNiO3-δ、VO2–ZrV2O7复合材料、In/Si纳米线、Fe3O4纳米晶体或铜氧化物。在其中一个实施例中，所述沟道层的厚度为5nm—120nm。在其中一个实施例中，所述栅极、所述源极和所述漏极均为金属膜或透明导电膜。上述莫特晶体管制备方法的有益效果：其通过在制备莫特晶体管过程中，将莫特晶体管中的栅介质层制备成固态氧化物质子导体膜结构，同时将莫特晶体管中的沟道层制备为莫特绝缘体薄膜结构，这就使得所制备的莫特晶体管为全固态结构。由此，当通过静电调控进行莫特晶体管中沟道层的莫特转变时，不会出现漏液和热稳定性差的问题，从而也就有效保证了莫特晶体管性能的稳定性。最终有效解决了采用离子液作为莫特晶体管的栅介质层时存在漏液和热稳定性差，导致莫特晶体管的稳定性较差的问题。附图说明图1为本专利技术的莫特晶体管的一具体实施例的剖视结构示意图；图2为本专利技术的莫特晶体管的另一具体实施例的剖视结构示意图；图3为采用本专利技术的莫特晶体管制备方法的实施例一制备的莫特晶体管的栅介质层/沟道层之间的界面电容数据图；图4为采用本专利技术的莫特晶体管制备方法的实施例二制备的莫特晶体管的栅介质层/沟道层之间的界面电容数据图；图5为采用本专利技术的莫特晶体管制备方法的实施例二制备的莫特晶体管中的栅介质层的扫描电子显微镜截面图；图6为采用本专利技术的莫特晶体管制备方法的实施例三制备的莫特晶体管的栅介质层/沟道层之间的界面电容数据图。具体实施方式为使本专利技术技术方案更加清楚，以下结合附图及具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。首先，应当说明的是，莫特绝缘体指的是像NiO(氧化镍)、CoO(氧化钴)、MnO(氧化锰)等过渡金属简单氧化物。其中，上述过渡金属氧化物的一个晶胞中具有奇数个价电子，按照能带理论应当有良好的导电性，而实验表明却是透明的绝缘体。相应的，莫特晶体管指的是以莫特绝缘体作为沟道层的晶体管。其能够在热、光和电场等调控下发生金属转变为绝缘体(或绝缘体转变为金属)的相变，即发生莫特转变。进一步的，作为本专利技术的莫特晶体管，其既可为顶栅结构，也可为底栅结构。具体的：参见图1，为本专利技术顶栅结构的莫特晶体管100。其包括衬底110、沟道层120、栅介质层130、源极140、漏极150和栅极160。其中，沟道层120形成于衬底110上，栅介质层130形成于沟道层120上。并且，源极140和漏极150分别形成于未被栅介质层130覆盖的沟道层120上，且彼此分开。栅极160则形成于栅介质层130上。参见图2，为本专利技术底栅结构的莫特晶体管100。其同样包括衬底110、沟道层120、栅介质层130、源极140、漏极150和栅极160。其中，衬底110上形成有栅极160，栅极160上依次形成有栅介质层130和沟道层120。源极140和漏极150形成于未被沟道层120覆盖的栅介质层130上，且彼此分开。其中，需要说明的是，在本专利技术的莫特晶体管100中，沟道层120为莫特绝缘体薄膜，栅介质层130为固态氧化物质子导体膜。即，采用莫特绝缘体材料制备沟道层120，且沟道层120的形态为固态薄膜状。采用固态氧化物材料制备栅介质层130，并且栅介质层130的形态同样为固态薄膜状。由此使得本专利技术的莫特晶体管100不论是顶栅结构，还是底栅结构，其均为全固态晶体管。而采用固态的栅介质层130和沟道层120的莫特晶体管100，在电场的调控下不会发生漏液现象，并且具有良好的热稳定性，由此有效保证了莫特晶体管100的良好的性能以及稳定性。最终有效解决了传统的采用离子液作为莫特晶体管的栅介质层130时存在漏液和热稳定性差，导致莫本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种莫特晶体管制备方法，其特征在于，包括如下步骤：采用镀膜工艺在衬底表面制备栅极，并在所述栅极表面依次制备栅介质层和沟道层；并在未被所述沟道层覆盖的所述栅介质层表面制备源极和漏极，完成底栅结构的莫特晶体管的制备；或采用所述镀膜工艺在所述衬底表面依次制备所述沟道层和所述栅介质层，并在未被所述栅介质层覆盖的所述沟道层表面制备所述源极和所述漏极，在所述栅介质层表面制备所述栅极，完成顶栅结构的莫特晶体管的制备；其中，所述沟道层为莫特绝缘体薄膜；所述栅介质层为固态氧化物质子导体膜。

【技术特征摘要】
1.一种莫特晶体管制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
采用镀膜工艺在衬底表面制备栅极，并在所述栅极表面依次制备栅介质层
和沟道层；并在未被所述沟道层覆盖的所述栅介质层表面制备源极和漏极，完
成底栅结构的莫特晶体管的制备；
或
采用所述镀膜工艺在所述衬底表面依次制备所述沟道层和所述栅介质层，
并在未被所述栅介质层覆盖的所述沟道层表面制备所述源极和所述漏极，在所
述栅介质层表面制备所述栅极，完成顶栅结构的莫特晶体管的制备；
其中，所述沟道层为莫特绝缘体薄膜；
所述栅介质层为固态氧化物质子导体膜。
2.根据权利要求1所述的莫特晶体管制备方法，其特征在于，所述镀膜工
艺为等离子体增强化学气相沉积工艺、磁控溅射工艺、电子束蒸发工艺或脉冲
激光沉积工艺。
3.根据权利要求2所述的莫特晶体管制备方法，其特征在于，采用磁控溅
射沉积工艺制备所述栅介质层时的工艺条件为：
功率密度为0.64W/cm2-2.55W/cm2；
靶材至衬底之间的距离为8cm-20cm。
4.一种莫特晶体管，其特征在于，采用权利要求1至3任一项所述的莫特
晶体管制备方法制备，包括：
衬底，形成于所述衬底上的栅极，依次形成于所述栅极上的栅介质...

【专利技术属性】
技术研发人员：张洪亮，曹鸿涛，李龙，张莉莉，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江;33