高溫沉積頂柵絕緣層，也不需要頂柵絕緣層與源極和漏極之間的套刻工藝。
[0037]圖5是本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施例的薄膜晶體管的剖視圖。如圖5所示，薄膜晶體管30與薄膜晶體管20基本相同，區(qū)別在于，采用Mga5Zna5O絕緣層33替換圖2中的氧化鋁絕緣層23，并且采用Mga4Zna6O = F溝道層34替換了圖2中的IGZO溝道層24。
[0038]MgxZrvxO是由纖鋅礦ZnO和巖鹽礦MgO組合而成的一種帶隙可調(diào)的材料。通過改變Zn和Mg的配比，可以使MgxZrvxO的帶隙在3.37eV到7.8eV之間調(diào)節(jié)，從而使其為半導(dǎo)體或絕緣體。
[0039]圖6是圖5所示的薄膜晶體管的傳輸特性曲線。其中源極21接地(電壓為O)，Vg表示柵源電壓，調(diào)節(jié)電極27的電壓為O。如圖6所示，薄膜晶體管30的傳輸特性曲線與一般場(chǎng)效應(yīng)晶體管的傳輸特性曲線一致，同樣具有線性區(qū)和飽和區(qū)。
[0040]圖7是圖5所示的薄膜晶體管的轉(zhuǎn)移特性曲線。其中Vm表示調(diào)節(jié)電極27的電壓值。如圖7所示，當(dāng)Vm> O時(shí)，其轉(zhuǎn)移特性曲線向右平移。薄膜晶體管30處于常閉狀態(tài)，即薄膜晶體管30的導(dǎo)電方式為增強(qiáng)型。隨著Vm增加，其閾值電壓也逐漸增加。iVm<0時(shí)，其轉(zhuǎn)移特性曲線向左平移。薄膜晶體管30處于常開狀態(tài)，即薄膜晶體管30的導(dǎo)電方式為耗盡型。隨著Vm減小，其閾值電壓也逐漸減小。根據(jù)上述結(jié)論可知，通過改變調(diào)節(jié)電極27的電壓值Vm即可調(diào)節(jié)薄膜晶體管30的閾值電壓。
[0041]薄膜晶體管30與薄膜晶體管20的工作原理和制備方法相同，在此不再贅述。
[0042]圖8是根據(jù)本發(fā)明第三個(gè)實(shí)施例的薄膜晶體管的剖面圖。如圖8所示，薄膜晶體管40與薄膜晶體管20基本相同，區(qū)別在于，柵極41位于氧化鋁絕緣層43和襯底22之間，且氧化鋁絕緣層43覆蓋在柵極41上，使得柵極41和氧化鋁絕緣層43上的IGZO溝道層24絕緣。其工作原理和薄膜晶體管20完全相同，在此不再贅述。其具有與薄膜晶體管20相似的傳輸特性曲線和轉(zhuǎn)移特性曲線。
[0043]以下將簡(jiǎn)單說明薄膜晶體管40的制備方法。在干凈的硅襯底22上依次制作柵極41、生長(zhǎng)氧化鋁絕緣層43和IGZO溝道層24，并在IGZO溝道層24上同時(shí)制作源極28、漏極26和調(diào)節(jié)電極27。在制備過程中，確保柵極41和IGZO溝道層24之間絕緣即可。
[0044]圖9是根據(jù)本發(fā)明第四個(gè)實(shí)施例的薄膜晶體管的剖面圖。如圖9所示，薄膜晶體管50從下至上依次包括調(diào)節(jié)電極27、硅襯底22和IGZO溝道層24，位于IGZO溝道層24上的源極28、漏極26和氧化鋁絕緣層53，以及位于氧化鋁絕緣層53上的柵極21。其中氧化鋁絕緣層53位于源極28和漏極26中間。其工作原理和薄膜晶體管20完全相同，在此不再贅述。其具有與薄膜晶體管20相似的傳輸特性曲線和轉(zhuǎn)移特性曲線。
[0045]以下將簡(jiǎn)單說明薄膜晶體管50的制備方法。在硅襯底22的一個(gè)表面上生長(zhǎng)IGZO溝道層24，在IGZO溝道層24上制作源極28、漏極26和氧化鋁絕緣層53，在氧化鋁絕緣層53上制作柵極21，最后在硅襯底22的另一個(gè)表面上制作調(diào)節(jié)電極27。
[0046]圖10是根據(jù)本發(fā)明第五個(gè)實(shí)施例的薄膜晶體管的剖面圖。如圖10所示，薄膜晶體管60與薄膜晶體管50基本相同，區(qū)別在于，調(diào)節(jié)電極67位于硅襯底22和IGZO溝道層24中間。其工作原理和薄膜晶體管20完全相同，在此不再贅述。其具有與薄膜晶體管20相似的傳輸特性曲線和轉(zhuǎn)移特性曲線。
[0047]以下將簡(jiǎn)單說明薄膜晶體管60的制備方法。在硅襯底22上依次沉積調(diào)節(jié)電極67、IGZO溝道層24，在IGZO溝道層24上沉積源極28、漏極26和氧化鋁絕緣層53，在氧化鋁絕緣層53上制作柵極21。
[0048]根據(jù)本發(fā)明的薄膜晶體管的結(jié)構(gòu)和工作原理可知，本發(fā)明的薄膜晶體管中的調(diào)節(jié)電極與溝道層是電接觸或電連接，且薄膜晶體管中的柵極與溝道層之間絕緣。例如調(diào)節(jié)電極可與溝道層直接接觸或通過非絕緣的襯底與溝道層電連接。
[0049]本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，本發(fā)明的薄膜晶體管的溝道層的材料并不限于IGZO和MgQ.4ZnQ.60:F，還可以是其他的半導(dǎo)體材料，例如ZnO，GaN或Si。本發(fā)明的薄膜晶體管的絕緣層并不限于Al2O3和Mg ο.5Zn0.50，還可以是其他絕緣層，例如SiNx、MgO、BeO、Ta2O5^HfO2,21"02或 S1 2。
[0050]本發(fā)明的薄膜晶體管中的源極、調(diào)節(jié)電極、漏極和柵極可以由任意的導(dǎo)電材料制成。
[0051 ] 雖然本發(fā)明已經(jīng)通過優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了描述，然而本發(fā)明并非局限于這里所描述的實(shí)施例，在不脫離本發(fā)明范圍的情況下還包括所作出的各種改變以及變化。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種薄膜晶體管，其特征在于，包括溝道層、絕緣層、源極、漏極、柵極和調(diào)節(jié)電極，所述溝道層具有相對(duì)設(shè)置的第一表面和第二表面，所述源極和漏極位于所述溝道層的第一表面上，所述調(diào)節(jié)電極與所述溝道層的第一表面和第二表面中的一個(gè)表面電連接，所述絕緣層設(shè)置在所述溝道層的第一表面和第二表面中的另一個(gè)表面上，并位于所述柵極和所述溝道層之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管，其特征在于，所述調(diào)節(jié)電極位于所述溝道層的第一表面上，且位于所述源極和漏極之間，所述絕緣層位于所述柵極和所述溝道層的第二表面之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的薄膜晶體管，其特征在于，所述薄膜晶體管還包括襯底，所述襯底位于所述絕緣層和所述柵極之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的薄膜晶體管，其特征在于，所述薄膜晶體管還包括襯底，所述柵極位于所述絕緣層和所述襯底之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管，其特征在于，所述絕緣層位于所述溝道層的第一表面上，且位于所述源極和漏極之間，所述柵極位于所述絕緣層上，所述調(diào)節(jié)電極與所述溝道層的第二表面電連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的薄膜晶體管，其特征在于，所述薄膜晶體管還包括非絕緣襯底，所述非絕緣襯底位于所述溝道層的第二表面與所述調(diào)節(jié)電極之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的薄膜晶體管，其特征在于，所述薄膜晶體管還包括襯底，所述調(diào)節(jié)電極位于所述襯底和所述溝道層的第二表面之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的薄膜晶體管，其特征在于，所述溝道層由半導(dǎo)體材料制成，所述絕緣層由絕緣材料制成，所述源極、漏極、柵極和調(diào)節(jié)電極由導(dǎo)電材料制成。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的薄膜晶體管，其特征在于，所述溝道層的材料為IGZO，所述IGZO由In2O3> Ga2O3和ZnO按照摩爾比1:1:1制成。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的薄膜晶體管，其特征在于，所述溝道層的材料為Mga4Zna6O:F。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種薄膜晶體管，包括溝道層、絕緣層、源極、漏極、柵極和調(diào)節(jié)電極，所述溝道層具有相對(duì)設(shè)置的第一表面和第二表面，所述源極和漏極位于所述溝道層的第一表面上，所述調(diào)節(jié)電極與所述溝道層的第一表面和第二表面中的一個(gè)表面電連接，所述絕緣層設(shè)置在所述溝道層的第一表面和第二表面中的另一個(gè)表面上，并位于所述柵極和所述溝道層之間。本發(fā)明的薄膜晶體管閾值電壓可調(diào)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低。
【IPC分類】H01L29-786, H01L29-40, H01L29-417
【公開號(hào)】CN104576752
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410741101
【發(fā)明人】張永暉, 梅增霞, 劉利書, 梁會(huì)力, 劉堯平, 杜小龍
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院物理研究所
【公開日】2015年4月29日
【申請(qǐng)日】2014年12月5日