【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半导体，尤其涉及一种非易失掺杂aln/igzo铁电场效应晶体管及其制备和使用方法。
技术介绍
1、fefet(ferroelectric field-effect transistor,铁电场效应晶体管)是一种新兴的非易失性存储器候选器件，在高密度存储和存内计算应用方面具有应用价值。fefet的存储能力来源于铁电层的滞回特性，铁电层的矫顽场和剩余极化fefet的存储窗口和电导状态有直接影响。为了满足存储器所必需的稳定存储窗口、良好耐久性和高保持时间，以及后续芯片制程，fefet应具备后道工艺兼容性和器件可靠性。
2、目前，常见的钙钛矿型铁电体和氧化铪基铁电体在构建fefet时面临挑战。一方面，钙钛矿型铁电体受到复杂的制备条件和尺寸缩放困难的限制。另一方面，氧化铪基铁电体通常需要较高的铁电相晶化温度，并依赖于唤醒效应。作为一种新型三五族铁电体，掺杂aln具有制备工艺温度低、铁电相为基态(纤锌矿结构)和高剩余极化等特点，是一种构建fefet的理想铁电体。igzo与aln具有相匹配的热膨胀系数，有助于防止热致器件参数偏移。基于掺杂aln铁电体和igzo构建的铁电晶体管仍为技术空白。
技术实现思路
1、鉴于上述分析，本专利技术旨在提供一种新型非易失掺杂aln/igzo铁电场效应晶体管，涉及其制备方法和使用方法，该fefet具有制备温度低、存储窗口大、低漏电流和高可靠性等优点。
2、本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：
3、第一方面，
4、进一步地，所述铁电层通过元素掺杂使得aln呈现铁电性，包括掺sc、y、b、c等元素的aln。
5、进一步地，所述铁电层的材料为alscn，所使用金属靶材的al:sc原子比为7:3，所得到alscn薄膜的al:sc原子比约为7:3。
6、进一步地，所述沟道层的材料为igzo，在保证有效界面形成、高开关比和迁移率情况下，igzo工艺及厚度可调。
7、进一步地，所述铁电层的极化方向的翻转诱导晶体管呈现非易失性，存储窗口的大小和栅极施加电压范围有关，在栅极施加电压小于铁电层的饱和电压和击穿电压时，施加电压范围越大，铁电翻转所需电场越大，fefet的存储窗口越大。
8、进一步地，通过控制铁电层厚度能够调节存储窗口大小，在其他条件均一致时，存储窗口随着铁电层厚度的减小而减小，铁电层厚度越大，铁电极化翻转所需电场越大，fefet的存储窗口越大。
9、第二方面，本专利技术提供一种非易失掺杂aln/igzo铁电场效应晶体管的制备方法，该方法包括如下步骤：
10、(1)在衬底层表面光刻形成栅电极层图案，沉积金属得到栅电极层；
11、(2)在衬底层和栅电极层上依次沉积掺杂aln、绝缘材料和igzo作为铁电层、绝缘层和沟道层，通过光刻和刻蚀igzo形成沟道结构；
12、(3)在沟道结构两侧通过光刻和沉积金属形成源、漏电极，完成fefet制备。
13、第三方面，本专利技术提供一种非易失掺杂aln/igzo铁电场效应晶体管的制备方法，该方法包括如下步骤：
14、(1)在清洗后的氧化硅衬底层上旋涂光刻胶，进行紫外光刻形成栅电极层图案，并通过磁控溅射沉积金属钼，剥离光刻胶后得到栅电极层；
15、(2)在衬底层和栅电极层钼上通过磁控溅射沉积alscn，衬底加热温度为300℃，得到铁电层；
16、(3)在铁电层alscn上通过原子层沉积生长氧化铝，衬底加热温度为250℃，得到绝缘层；
17、(4)在绝缘层氧化铝上通过磁控溅射沉积igzo，igzo靶材中in:ga:zn:o的原子比为1:1:1:4，得到igzo层；
18、(5)对igzo层进行空气氛围、300℃退火，在igzo层上旋涂光刻胶，进行紫外光刻形成沟道层结构，刻蚀沟道层结构周围的igzo，剥离光刻胶后得到沟道层；
19、(6)在沟道层上旋涂光刻胶，进行紫外光刻形成源、漏电极结构；
20、(7)通过磁控溅射沉积金属钼，剥离光刻胶后得到源电极和漏电极，完成fefet制备。
21、第四方面，本专利技术提供一种上述非易失掺杂aln/igzo铁电场效应晶体管的使用方法，针对存储窗口的设定具体为：
22、栅极施加直流扫描电压，直流扫描电压范围可调，施加规则为从负截止电压到正截止电压为正向扫描，从正截止电压再到负截止电压为反向扫描；漏极施加恒定电压，源极接地，测量漏极电流随栅极电压的变化曲线，得到具有逆时针滞回窗口的转移曲线；计算转移曲线的正向扫描和反向扫描阈值电压，正向扫描阈值电压减去反向扫描阈值电压即存储窗口。
23、第五方面，本专利技术提供一种上述非易失掺杂aln/igzo铁电场效应晶体管的使用方法，针对多级单元存储的设定具体为：
24、第一步，栅极施加直流扫描电压，施加规则为正向扫描至截止电压，漏极施加恒定电压，源极接地，得到一个稳定的漏极电导状态；
25、第二步，停止施加栅极电压，漏极施加恒定电压，源极接地，测量得到第一个漏极电流随时间变化趋势；
26、改变第一步的正向扫描截止电压大小，重复第二步，得到第二个漏极电流随时间变化趋势；依次定义若干漏极电导状态，得到若干漏极电流随时间变化趋势，将该趋势线性外推，得到大于十年的保持时间。
27、与现有技术相比，本专利技术所达到的有益效果：
28、本专利技术提供的非易失掺杂aln/igzo铁电场效应晶体管具有结构简单、工艺温度低和存储窗口可调节等优点。存储窗口调节后，漏极电导状态能够稳定保持，保持时间可外推至十年。铁电层的厚度可微缩至20nm，该fefet具有cmos工艺兼容性，能够与外围的电学器件集成，有利于实现芯片小型化和一体化。
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1.一种非易失掺杂AlN/IGZO铁电场效应晶体管，其特征在于，掺杂AlN作为铁电层，IGZO作为沟道层。
2.根据权利要求1所述的非易失掺杂AlN/IGZO铁电场效应晶体管，其特征在于，所述铁电层通过元素掺杂使得AlN呈现铁电性，包括掺Sc、Y、B、C元素的AlN。
3.根据权利要求2所述的非易失掺杂AlN/IGZO铁电场效应晶体管，其特征在于，所述铁电层的材料为AlScN，Al:Sc原子比为7:3。
4.根据权利要求1所述的非易失掺杂AlN/IGZO铁电场效应晶体管，其特征在于，所述沟道层的材料为IGZO，在保证有效界面形成、高开关比和迁移率情况下，IGZO工艺及厚度可调。
5.根据权利要求1所述的非易失掺杂AlN/IGZO铁电场效应晶体管，其特征在于，所述铁电层的极化方向的翻转诱导晶体管呈现非易失性，存储窗口的大小和栅极施加电压范围有关，在栅极施加电压小于铁电层的饱和电压和击穿电压时，施加电压范围越大，铁电极化翻转所需电场越大，FeFET的存储窗口越大。
6.根据权利要求1所述的非易失掺杂AlN/IGZO铁电场效应
7.一种非易失掺杂AlN/IGZO铁电场效应晶体管的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
8.一种非易失掺杂AlN/IGZO铁电场效应晶体管的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
9.一种权利要求1-6任一项所述非易失掺杂AlN/IGZO铁电场效应晶体管的使用方法，其特征在于，存储窗口的设定具体为：
10.一种权利要求1-6任一项所述非易失掺杂AlN/IGZO铁电场效应晶体管的使用方法，其特征在于，多级单元存储的设定具体为：
...【技术特征摘要】
1.一种非易失掺杂aln/igzo铁电场效应晶体管，其特征在于，掺杂aln作为铁电层，igzo作为沟道层。
2.根据权利要求1所述的非易失掺杂aln/igzo铁电场效应晶体管，其特征在于，所述铁电层通过元素掺杂使得aln呈现铁电性，包括掺sc、y、b、c元素的aln。
3.根据权利要求2所述的非易失掺杂aln/igzo铁电场效应晶体管，其特征在于，所述铁电层的材料为alscn，al:sc原子比为7:3。
4.根据权利要求1所述的非易失掺杂aln/igzo铁电场效应晶体管，其特征在于，所述沟道层的材料为igzo，在保证有效界面形成、高开关比和迁移率情况下，igzo工艺及厚度可调。
5.根据权利要求1所述的非易失掺杂aln/igzo铁电场效应晶体管，其特征在于，所述铁电层的极化方向的翻转诱导晶体管呈现非易失性，存储窗口的大小和栅极施加电压范围有关，在栅极施加电压小于铁电层...
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