具有集成的掺杂沟道的参数确定的半导体复合结构、用于其生产和应用的方法技术

已公开的参数确定的半导体复合结构单一功能地工作。为了在同时最大的一致性下实现更大的灵活性，根据本发明专利技术的参数确定的半导体复合结构（ＴＥＭＰＯＳ）具有作为掺杂沟道的纳米级的孔隙（ＶＰ）以及在由电绝缘的材料构成的层（ＥＩＬ）的表面上的孔隙（ＶＰ）之间的、由导电的材料（ＥＣＭ）构成的高阻的覆层，其中形成电阻，它支持附加的载流子在半导体复合结构（ＰＳＣ）中垂直的迁移，然而阻止在同一侧的电极（ｏ，ｗ）之间的水平迁移。用于半导体复合结构（ＴＥＭＰＯＳ）的功能调节的基本参数涉及孔隙（ＶＰ）的构造以及导电的材料（ＥＣＭ）的构造，其中该半导体复合结构（ＴＥＭＰＯＳ）还可以包括差分负电阻（ＮＥＲＰＯＳ）。优选的是孔隙（ＶＰ）可以通过离子辐射借助随后的蚀刻而产生，其中蚀刻持续时间决定了孔隙深度和孔隙直径。导电的材料（ＥＣＭ）可以优选地由导电的纳米团簇（ＤＮＣ）或者湿度敏感的富勒烯（ＭＯＳＢＩＴ）构成。应用涉及在模拟和数字实施形式中的、电子的、光电的、湿电子的以及传感器的半导体元器件，这些半导体元器件具有有源的和无源的、热学的、电阻性的、电容性的、频率相关的、化学的和／或抗辐射的特性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及具有至少一个半导体衬底的参数确定半导体复合结构，该半导体衬底具有可选择的p掺杂或n掺杂以及导电能力和相邻的平面层，该平面层由电绝缘的具有基本上垂直集成的掺杂沟道的材料构成，具有可选择的导电能力的导电材料被置入沟道中，其中载流子在半导体复合结构中迁移，该复合结构还具有由多个在由电绝缘材料和半导体衬底构成的层上设置的电极构成的电接触结构(Kontakierung)，本专利技术还涉及用于其制造的方法和其应用。在现代半导体器件中实现的半导体复合结构在日常生活中不可缺少。它们在数据处理、通信、多媒体以及日常生活中的大多数设备中都得到应用。在集成电路中的半导体器件的微型化实现了今天的计算机和现代数据通信。此外，半导体复合结构为高速电子学和光电子学而发展。而发展的半导体复合结构的微型化也导致新的效应。由于具有几个纳米的结构的小尺寸，在这些结构中的载流子的直接量子化可以被观察到。现有技术中公开了不同的半导体复合结构，它们可以根据其单一功能被分类。一大类构成了场效应管FET，它们在半导体复合结构的情况下为复合以“J”而被标识。在此一个或多个栅极电压控制地或不确定地(“floating”)控制源极-漏极电流。只有一个电流路径。在源极-漏极沟道中嵌入的以纳米栅极形式的栅极电极可以改进JFET功能。在US-PS 5 359 214中公开了具有改进的跨导的JFET，其中在硅衬底上沉积了其它掺杂的另外的硅层(“外延层”)，它包含导电的硅沟道作为孔隙(Poren)，其中所有孔隙都位于相同的电位上。因此其中涉及(带有孔隙的n型半导体/p型半导体)或(带有孔隙的p型半导体/n型半导体)类型的半导体复合结构。孔隙加衬仅仅通过衬底材料和外延层材料的转掺杂(Umdotierung)实现。电荷感应的主方向在朝孔隙的径向方向上分布。通过孔隙伸入硅层，虽然跨导变大了，然而另一方面导线截面被减小，并且由此同样提高了孔隙电阻。在该公开的半导体复合结构中的孔隙的目的是，借助感应的、在孔隙环境中的空间电荷通过感应打开或闭合在硅中的导电的源极-漏极沟道。US-PS 5 111 254中还公开了一种JFET，它的载流子击穿(“雪崩击穿”)被改进。在该公开的半导体复合结构中涉及(带有孔隙的绝缘衬底/半导体)类型的结构。由此，孔隙被作为“浮动的栅极”引入导电的半导体沟道中。在US-PS 4 482 907中最后描述了一种JFET，其中栅极电极的影响通过其至导电的源极-漏极沟道中的小管形的延长而应被改进。在此涉及(带有孔隙的绝缘衬底/半导体)类型的结构。因此孔隙作为控制介质(Steuermittel)被引入半导体层的导电的源极-漏极沟道中。在第二大类半导体复合结构中，不同的电器件如二极管、电容器或者电阻以任意的数目被简单地并联，并且由此位于相同的电位上。这种半导体复合结构表现为一个矩阵以及位于其中的导电元件，特别是纳米线(Nanodrahte)。当在矩阵和纳米线之间还有一个薄的绝缘层，则得到电容器。当矩阵是n型导电并且纳米导线是p型导电的半导体(或者相反)时，则在矩阵和纳米导线之间的结区作为二极管起作用。这可以通过在简单的FET中设置栅极电极而被转换。这种概念在US 2002/0192441 A1中以纳米合成物(Nanokomposit)的形式被公开，它通过将导电材料引入多孔材料中制造。通过设置纯的电接触结构，应该可以实现不同的功能，然而其中只有一个单个的电气活动的纳米结构化的薄膜层。特别是一个无机的半导体导线被嵌入在由其它的有机半导体构成的矩阵中(有机衬底/无机孔隙的类型)。在所描述的FET中，源极一漏极沟道被作为多个平行的硅针设计。导电的针的优选方向没有被说明，然而纳米合成物的每个区域都应该有一个至外电极的连续的电连接。此外US 2003/0057451 A1公开了一种光电器件，在其中应该充分利用电致发光和光致发光。为此在一种昂贵的制造方法中，相同外形的纳米针被从硅衬底中蚀刻出来，其中所有硅针作为并联的二极管起作用并且具有相同的电位。其中，在用于制造硅针的蚀刻过程中，首先在硅衬底上沉积的绝缘层只满足了暂时的辅助功能。后来可能的将硅针嵌入绝缘层只实现了针对污染和破坏的保护功能。最后在US-PS 5 705 321中公开了，在周期的量子结构中由硅构成的纳米导线、纳米表面和其它的纳米结构例如为激光而制造。其中使用了包含干涉方法和蚀刻方法的光刻技术方法。此外US 6201 291 B1公开了一种复合结构，它在电绝缘的SiO2层中具有设置在半导体主体上的、金属的导电轨迹(Leitspuren)。然而这种布置只是为不同的、集成在半导体主体中的器件的电连接服务。在此，集成在SiO2层中的扩散势垒区特别地用于阻止载流子迁移进入半导体主体中。在WO 02/08900 A2中最终公开了一种类似的半导体复合结构，在该结构中，导线轨迹同样被施加在位于半导体主体上的电绝缘层中。在这里，导线轨迹也只是用于集成在半导体主体中的电子电路的纯的欧姆连接。对于多个电路平面的垂直连接也公开了类似的结构。在第三类半导体复合结构中设计了不同的传感器。其中感应敏感的材料被嵌入绝缘的矩阵中。这种复合层结构在生物传感器的领域中已公开(参见H.Lüth和其他人的出版物I“Biochemical sensors withstructured and porous silicon capacitors”，材料科学和工程B69-70(2000)104-108，或者M.J.Schning和其他人的出版物II“Recent advances inbiologically field-effect transistors(BioFETs)”，Analysts，2002，127，1137-1151)。在这些出版物中，原理上将传统的晶体管概念(例如FET)相互连接，它们只是通过在栅极电极中通过其置入一种电解液中的附加措施而与传统的概念相区别，在该电解液中有不同的pH值(离子选择性FET＝ISFET)。在这些传感器中为了传感器的目的，多孔的硅在晶体管中被使用，其中孔隙不被直接使用。确切地说，多孔硅的表面被以SiO2和Si3N4覆盖，这样通过这种方式形成一个薄的、被折叠的电容器结构(半导体-绝缘体-半导体类型)，它具有非常大的表面。在Si3N4的表面上沉积的材料例如生物特性改变了其表面电荷。通过这种方法，在固定的电压下，电容器的电容增大。该增大或者被直接测量，或者被用于触发传统的FET。由此位于衬底材料(Si)中的孔隙在已公开的结构中不用于载流子注入或提取。此外US2002/0118027 A1中公开了基于多孔的氧化铝的传感器。多孔的氧化铝具有非常高的孔隙密度，并且耐高温。反之，它对于碱性和酸性非常敏感，这限制了传感器材料在孔隙内沉积的可能性，并且很大程度上禁止了在非中性液体中的可用性。此外多孔的氧化铝非常易碎，这样在恶劣的应用中必须有一个坚固的衬底。为了改变电阻可以设置集成一个小型热敏电阻。传感器只是被电阻性地驱动。为了制造传感器，US 6 278 231 B1中同样公开了借助在孔隙内部的不同材料的结合而制造Al2O3中的纳米孔隙。而在此只设计了具有简单表面接触的简单电阻性传感器结构。DE-PS本文档来自技高网...

【技术保护点】
参数确定的半导体复合结构，具有至少一个半导体衬底，该半导体衬底具有可选择的ｐ型或ｎ型掺杂以及导电能力和一个邻接的平面的层，该平面的层由电绝缘的、具有基本上垂直集成的掺杂沟道的材料构成，具有可选择的导电能力的一种导电材料被置入这些掺杂沟道中，其中载流子在该半导体复合结构中迁移，及该复合结构还具有由多个在由电绝缘材料构成的所述层上和在所述半导体衬底上设置的电极构成的电接触结构，其特征在于，这些掺杂沟道被构造为在所述由电绝缘的材料构成的层（ＥＩＬ）中具有可选择的分布、以及具 有可选择的孔隙直径、孔隙深度和孔隙形状的纳米级的孔隙（ＶＰ），并且所述由电绝缘的材料构成的层（ＥＩＬ）的表面以置入这些孔隙（ＶＰ）中的材料或者以另外的、导电的但是表现高阻特性的材料（ＥＣＭ）在产生一个可选择的电阻的情况下覆盖，该电阻阻止了载流子在两个位于所述由电绝缘的材料构成的层（ＥＩＬ）上、互相之间隔开地设置的、结构化的上电极（ｏ，ｖ）之间的基本上水平的迁移，在这两个电极之间，通过不同的电位的可选择的施加而产生一个可选择的电位变化，然而该电阻支持在该半导体复合结构（ＰＳＣ）中载流子向被设置在该半导体衬底上的、结构化的下电极（ｗ）的基本上垂直的迁移。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】DE 2003-5-31 103 25 150.21.参数确定的半导体复合结构，具有至少一个半导体衬底，该半导体衬底具有可选择的p型或n型掺杂以及导电能力和一个邻接的平面的层，该平面的层由电绝缘的、具有基本上垂直集成的掺杂沟道的材料构成，具有可选择的导电能力的一种导电材料被置入这些掺杂沟道中，其中载流子在该半导体复合结构中迁移，及该复合结构还具有由多个在由电绝缘材料构成的所述层上和在所述半导体衬底上设置的电极构成的电接触结构，其特征在于，这些掺杂沟道被构造为在所述由电绝缘的材料构成的层(EIL)中具有可选择的分布、以及具有可选择的孔隙直径、孔隙深度和孔隙形状的纳米级的孔隙(VP)，并且所述由电绝缘的材料构成的层(EIL)的表面以置入这些孔隙(VP)中的材料或者以另外的、导电的但是表现高阻特性的材料(ECM)在产生一个可选择的电阻的情况下覆盖，该电阻阻止了载流子在两个位于所述由电绝缘的材料构成的层(EIL)上、互相之间隔开地设置的、结构化的上电极(o，v)之间的基本上水平的迁移，在这两个电极之间，通过不同的电位的可选择的施加而产生一个可选择的电位变化，然而该电阻支持在该半导体复合结构(PSC)中载流子向被设置在该半导体衬底上的、结构化的下电极(w)的基本上垂直的迁移。2.根据权利要求1的参数确定的半导体复合结构，其特征在于，该导电的材料(ECM)以纳米团簇(DNC)的形式以可选择的大小被构造，并且以可选择的分散密度被置入所述孔隙(VP)中以及被施加在所述由电绝缘的材料构成的层(EIL)上。3.根据权利要求2的参数确定的半导体复合结构，其特征在于，该导电的材料(ECM)的所有纳米团簇(DNC)位于相同的被选择的尺寸范围内和/或被等距离地分布地设置。4.根据权利要求1至3之一的参数确定的半导体复合结构，其特征在于，该导电的材料(ECM)是一种均匀分布的或者分散分布的金属、一种半导体材料或其化合物、一种硫属元素(Chalkogen)或其化合物、一种碳同素异形体、一种氧化物半导体、一种导电的氧化物、金属掺杂的斑岩化合物或者聚吡咯化合物、一种激励器材料、一种由阿拉伯橡胶和一种金属盐构成的混合物或者它们的一种混合形式。5.根据权利要求1至4之一的参数确定的半导体复合结构，其特征在于，这样的纳米团簇(DNC)被设置在一些窄的孔隙(VP)中，使得该参数确定的半导体复合结构的特征曲线显示出局部的差分负电阻特性。6.根据权利要求1至5之一的参数确定的半导体复合结构，其特征在于，该导电的材料(ECM)被一种对特定的物质敏感的、具有导电能力的材料补充或者替代。7.根据权利要求6的参数确定的半导体复合结构，其特征在于，该特定的物质是湿度、蒸汽或者一种气体。8.根据权利要求4至7之一的参数确定的半导体复合结构，其特征在于，纳米小管由在这些孔隙(VP)中的富勒烯生长出来，其中该生长可以由镍-纳米晶体开始并且超过这些孔隙(VP)的边沿地行进。9.根据权利要求8的参数确定的半导体复合结构，其特征在于，这些纳米小管在预先确定的位置具有弯折或者其它的缺陷。10.根据权利要求4至7之一的参数确定的半导体复合结构，其特征在于，由一种金属或者一种半导体构成的可弯曲的纳米线被置入这些孔隙(VP)内。11.根据权利要求1至10之一的参数确定的半导体复合结构，其特征在于，所述由电绝缘的材料构成的层(EIL)的表面以该导电的材料(ECM)岛状地覆盖，其中在这两个上电极(o，v)之间的覆层被完全断开。12.根据权利要求1至11之一的参数确定的半导体复合结构，其特征在于，该电绝缘的材料(EIL)是一种硅化合物、特别是氮氧化硅，或者一种碳同素异形体、特别是金刚石，或者一种聚合物、特别是光刻胶或者聚酰亚胺。13.根据权利要求1至12之一的参数确定的半导体复合结构，其特征在于，该电绝缘的材料(EIL)被构造为多孔的金属氧化物、特别是氧化铝，或者被构造为分子筛、特别是介孔氧化硅。14.根据权利要求1至13之一的参数确定的半导体复合结构，其特征在于，该半导体衬底(SCS)是稀氧的硅或者是切克劳斯基-硅。15.根据权利要求1至14之一的参数确定的半导体复合结构，其特征在于，分别覆盖不同的物理-化学参量的范围的、特别是在该导电的材料(ECM)的选择方面不同参数确定的区域被相邻...

【专利技术属性】
技术研发人员：迪特马尔芬克，屈特霍佩，亚历山大彼得罗夫，沃尔夫冈法尔纳，亚历山大乌利亚申，伯恩哈德斯坦斯基，乌尔里希桑德库勒，
申请(专利权)人：哈恩迈特纳研究所柏林有限公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]