專利名稱：納米孔道中的晶體管及其集成電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種納米尺寸的半導(dǎo)體電子器件，它利用了分子篩材料中納米孔道整齊排列和可控制生長的特點(diǎn)，將半導(dǎo)體材料裝入納米孔道中，形成沿納米孔道的半導(dǎo)體器件。
半導(dǎo)體電子器件是當(dāng)今社會各個領(lǐng)域賴以維系的基礎(chǔ)。目前最常用的方法是光刻的方法生產(chǎn)集成電路，由于受到光刻波長的限制，最小的光刻尺寸可以達(dá)到一百多個納米的寬度。而目前光刻尺寸達(dá)到250nm的寬度已經(jīng)是非常先進(jìn)的技術(shù)。本發(fā)明的目的就是利用分子篩材料中孔道的納米尺寸特性，在該類材料中構(gòu)造目前來講最小納米孔道中的晶體管及其集成電路，其三維尺寸都不超過20納米。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案利用分子篩材料的納米孔道特點(diǎn)，在納米孔道中裝人P型和N型半導(dǎo)體材料，并且在P型和N型半導(dǎo)體的結(jié)合處形成P-N結(jié)。分別在孔道的兩端P型和N型半導(dǎo)體上蒸鍍金屬電極，作為外部引線的基礎(chǔ)。這樣便在納米孔道中構(gòu)成了一只二極管。以此為出發(fā)點(diǎn)，利用分子篩中的納米孔道可控制生長特性，可以構(gòu)造晶體管和集成電路。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。


圖1、2、3為分子篩材料中納米孔道示意圖；圖4、5、6為構(gòu)成納米孔道半導(dǎo)體器件(二極管和三極管)的拋面圖。圖中1是納米孔道；2是T型納米孔道；3是Y型納米孔道；5、18、22、27、32是P型半導(dǎo)體裝填材料；7、14、30是N型半導(dǎo)體裝填材料；6、13、23、25、28是p-n結(jié)；8、10、19、21、24、26、31-導(dǎo)電材料；4、9、12、16、20、33、34、35是引出電極；11、15、29-組成納米孔道壁的分子篩材料。納米孔道是分子篩材料中所形成的納米尺寸的微孔，在本發(fā)明中孔道壁選用具有電絕緣特性的材料。在孔道內(nèi)的兩側(cè)分別裝入P型和N型半導(dǎo)體材料后，可構(gòu)成納米尺寸的二極管器件。通過選取不同的材料和制備方法可以使納米孔道形成T型或Y型交叉，如圖2、3所示，T型孔道和Y型孔道的孔道壁同樣采用絕緣材料構(gòu)成，從連接處向三個方向上有微孔。在三個不同方向的微孔內(nèi)分別裝入P型或N型半導(dǎo)體后，可以構(gòu)成三極管。具體描述如下通過分子組裝化學(xué)的方法，將P型半導(dǎo)體材料5和N型半導(dǎo)體材料7分別裝入納米孔道1，并使它們的結(jié)合處形成p-n結(jié)6。將導(dǎo)電材料裝入孔道的兩端8、10，使其與相接觸的半導(dǎo)體形成歐姆接觸，作為引出電極的導(dǎo)電端。用導(dǎo)電材料構(gòu)成的引出電極4、9分別接在導(dǎo)電端10、8上。至此，已經(jīng)構(gòu)成了完整的納米孔道二極管。通過分子組裝化學(xué)的方法，將P型半導(dǎo)體材料18、22和N型半導(dǎo)體材料14分別裝入圖2的納米孔道2中，并使它們的結(jié)合處形成p-n結(jié)13、23。將導(dǎo)電材料裝入孔道的三個端口21、17、19，使其與相接觸的半導(dǎo)體形成歐姆接觸，作為引出電極的導(dǎo)電端。用導(dǎo)電材料構(gòu)成的引出電極12、16、20分別接在導(dǎo)電端21、17、19上。至此，已經(jīng)構(gòu)成了完整的納米孔道PNP型三極管。如果，我們在制作過程中，將13、23裝入N型半導(dǎo)體材料；將14裝入P型半導(dǎo)體材料，則會得到NPN型納米孔道三極管。按照這樣的制作原理，我們可以對圖3的Y型孔道進(jìn)行組裝，可以分別構(gòu)成pnp型三極管和npn型三極管。如果對圖2和圖3的T型孔道和Y型孔道只裝兩孔，就會形成與圖4類似的情況，即構(gòu)成了納米孔道二極管。
分子篩材料中的納米孔道是非常密集的，孔道與孔道間的相互連通性很好，利用這樣的特點(diǎn)可以通過分子組裝的方法將納米孔道中的晶體管通過導(dǎo)電材料或半導(dǎo)體材料或絕緣材料連接起來，從而形成高度密集的集成電路。由此方法形成的集成電路具有空間立體構(gòu)成的特性，由于增加了空間上一個維度的集成，其集成度要遠(yuǎn)高于目前的技術(shù)所能達(dá)到的極限。
權(quán)利要求
1.一種納米孔道晶體管及其集成電路，主要包含有半導(dǎo)體二極管、三極管等，其特征是用分子組裝化學(xué)方法在分子篩材料形成具有電絕緣性能管壁的納米孔道，在納米孔道中裝入P型和N型半導(dǎo)體，裝入的P型和N型半導(dǎo)體在結(jié)合處形成P-N結(jié)，在P型和N型半導(dǎo)體的外側(cè)管道內(nèi)裝入導(dǎo)電材料，作為晶體管間的連接或引線基礎(chǔ)，利用納米孔道的三維空間網(wǎng)絡(luò)，連通構(gòu)成三維集成電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米孔道晶體管及其集成電路，其特征是在一字型(直型)納米孔道中形成二極管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米孔道晶體管及其集成電路，其特征是在T型和Y型納米孔道中形成三極管。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米孔道晶體管及其集成電路，其特征是在T型和Y型納米孔道中形成二極管。
全文摘要
本發(fā)明屬于一種納米尺寸的半導(dǎo)體電子器件,利用了分子篩材料中納米孔道整齊排列和可控制生長的特點(diǎn),將半導(dǎo)體材料裝入納米孔道中,形成沿納米孔道的半導(dǎo)體器件。選用電絕緣的材料作為形成納米孔道的體材料。在直型孔道的兩端分別裝入P型和N型半導(dǎo)體材料,結(jié)合處形成p－n結(jié);孔道的兩側(cè)裝入導(dǎo)電性材料,引出電極,從而構(gòu)成完整的納米孔道二極管。利用同樣的方法在T型和Y型孔道中可以構(gòu)成納米孔道三極管。進(jìn)一步將納米孔道控制生長,并使之有序排列,裝入P型、N型半導(dǎo)體和將晶體管連接在一起的導(dǎo)電材料,即可構(gòu)成三維結(jié)構(gòu)的納米孔道集成電路。納米孔道集成電路具有更高的集成度。
文檔編號H01L29/861GK1304181SQ9912492
公開日2001年7月18日 申請日期1999年12月1日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月1日
發(fā)明者秦偉平 申請人:中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械研究所