CN108133954B - 一种场效应管 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种场效应管，包括：第一沟道层、第一绝缘层、栅极以及第一电极，其中，第一电极位于第一沟道层一侧表面，第一绝缘层位于第一沟道层另一个表面，栅极位于第一绝缘层表面；第一沟道层和栅极由二维材料制备而成。由沟道层和栅极由二维材料构成，大大提高了场效应管的抗辐射能力较强。

Description

一种场效应管
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种场效应管。
背景技术
随着航天航空技术的高速发展，太空涌现出各类新型的、更智能化的航天器，这些智能化的航天器都携带了大量的电子器件。另外，在未来太空探索和太空工厂中，也需要大量的机器人来代替人的工作，这些机器人中同样需要强大的集成电子芯片。然而，太空中的航天器会受到各种辐射，这些辐射会对集成电子芯片造成严重的损伤，影响到器件的性能，甚至会损毁这些集成电子芯片，造成不可挽回的损失。
另外，在核工业中，同样需要大量的智能化芯片，特别是核事故抢险中，需要使用机器人替代人进行探查排险，这类机器人中同样存在大量的集成电子芯片。在探查排险的过程中，机器人中的电子器件也会受到辐射影响，从而造成机器人的失灵。如，在福岛核电站抢险中，普通的机器人会完全失效，以至抢险开展极为困难。可见，抗辐射电子芯片成为一种需求，而抗辐射场效应管是抗辐射电子芯片中最重要的器件之一。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种场效应管，有效解决了现有场效应管不能抗辐射的技术问题。
本发明提供的技术方案如下：
一种场效应管，包括：第一沟道层、第一绝缘层、栅极以及第一电极，其中，所述第一电极位于所述第一沟道层一侧表面，所述第一绝缘层位于所述第一沟道层另一个表面，所述栅极位于所述第一绝缘层表面；
所述第一沟道层和所述栅极由二维材料制备而成。
进一步优选地，所述二维材料为石墨烯或二硫化钼或二硫化钨。
进一步优选地，所述第一沟道层与栅极之间通过第一空气层隔离，所述第一绝缘层于所述第一空气层四周位于所述第一沟道层和栅极之间。
进一步优选地，所述场效应管中还包括一基底层，所述基底层与第一沟道层之间通过第二空气层隔离，所述第一电极于所述第二空气层四周位于所述基底层和第一沟道层之间。
进一步优选地，所述场效应管中还包括第二沟道层、第二绝缘层、第二电极以及第三空气层，其中，
所述第二沟道层通过第三空气层位于第一沟道层表面，所述第二绝缘层于所述第三空气层四周，且所述栅极、第一空气层以及第一绝缘层于所述第一沟道层和第二沟道层之间；所述第二电极位于所述第二沟道层表面，得到场效应结构。
进一步优选地，所述场效应管中还包括一密闭抗辐射容器，所述场效应结构真空置于所述密闭抗辐射容器中。
本发明提供的场效应管带来的有益效果在于：
在本发明中，沟道层和栅极由二维材料构成，由二维材料具有优异的电学性质、迁移率较高，且二维材料或二维材料异质结构极薄，厚度小于1nm（纳米），以此与辐射粒子发生反应的几率极小，误触发几率极小；另外，二维材料平面内原子间作用力较强，结构稳定，辐射粒子产生的损伤较小；此外，极薄的二维材料中电子可以有效地通过栅极来调控，可以使用较小的栅压来使二维材料在n型掺杂和p型掺杂间转换，即二维材料作为沟道层无需制作成p-n-p结构或n-p-n结构，全部掺杂为n型或p型即可。传统的p-n-p结构或n-p-n结构在辐射作用下，杂质容易扩散，也容易引入辐射缺陷使得n型会转换为p型，从而造成不可挽回的损伤，而二维材料作为沟道层不存在这个问题，从而抗辐射能力较强。
其次，在本发明中，利用空气层将沟道层和栅极隔开，有利于减小辐射粒子与中间绝缘层相互作用时产生的二次辐射、缺陷、电离中心等对沟道层和栅极的影响，提高器件的可靠性。再次，利用空气层将二维材料沟道层、二维材料栅极、基底隔开，有利于减小辐射与基底相互作用时所产生的二次辐射、缺陷、电离中心等等对沟道层和栅极的影响，提高器件的可靠性。
再次，在本发明中，该场效应管由第二沟道层-第三空气层-栅极-第一空气层-第二沟道层-第二空气层-基底构成。由于辐射粒子与超薄的单个沟道层反应几率小，该结构可有效减小/排除由于辐射导致的赝信号。需要特别指出的是，传统的场效应管沟道层通常较厚，辐射粒子与工作介质同时反应产生赝信号的几率较大，采用双沟道层设计并不能有效的降低光赝信号。此外，传统场效应管中沟道层和栅极都较厚，电荷可以在栅极两边分布，比较容易出现一侧沟道层过调控，而另一侧沟道层欠调控，从而影响场效应的性能，不宜采用双沟道层设计。
最后，将场效应结构置于真空密闭抗辐射容器中得到场效应管，有效降低探测器的照射剂量的同时，减小辐射粒子与空气反应所产生的二次辐射对探测器的影响。
附图说明
下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。
图1为本发明中场效应管一种实施方式结构示意图；
图2为本发明中场效应管另一种实施方式结构示意图；
图3为本发明中场效应管另一种实施方式结构示意图；
图4为本发明中场效应管另一种实施方式结构示意图。
附图标记：
1-第一沟道层，2-第一电极，3-第一绝缘层，4-栅极，5-第一空气层，6-第二空气层，7-基底，8-第三空气层，9-第二绝缘层，10-第二沟道层，11-第二电极，12-抗辐射容器。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。
如图1所示为本发明提供的一种场效应管一种实施方式结构示意图，从图中可以看出，在该场效应管中包括：第一沟道层1、第一绝缘层3、栅极4以及第一电极2，其中，第一电极2位于第一沟道层1一侧表面，第一绝缘层3位于第一沟道层1另一个表面，栅极4位于第一绝缘层3表面。
在本实施方式中，第一沟道层1和栅极4由二维材料制备而成，该二维材料为石墨烯、二硫化钼、二硫化钨等，由于这些二维材料都具备较好的光学、电学、力学、热学性质，与辐射粒子发生反应的几率极小，以此大大提高了场效应管的抗辐射能力。
在一实例中，该第一沟道层1和栅极4由p型掺杂单层石墨烯构成，当栅压改变时，石墨烯电阻随之改变，以此实现场效应功能和抗辐射能力。
对上述实施方式进行改进得到本实施方式，如图2所示，在本实施方式中，第一沟道层1与栅极4之间通过第一空气层5隔离，第一绝缘层3于第一空气层5四周位于第一沟道层1和栅极4之间。此外，场效应管中还包括一基底7（如蓝宝石基底等），且该基底7与第一沟道层1之间通过第二空气层6隔离，第一电极2于第二空气层6四周位于基底7和第一沟道层1之间，以此有利于减小辐射与基底7相互作用时所产生的二次辐射、缺陷、电离中心等等对场效应管的损伤，进一步提高场效应管的抗辐射能力。
对上述实施方式进行改进得到本实施方式，如图3所示，在本实施方式中，场效应管中除了包括上述第一沟道层1、第一绝缘层3、栅极4、第一电极2、第一空气层5、第二空气层6以及基底7之外，还包括第二沟道层10、第二绝缘层9、第二电极11以及第三空气层8，其中，第二沟道层10通过第三空气层8位于第一沟道层1表面，第二绝缘层9于第三空气层8四周，且栅极4、第一空气层5以及第一绝缘层3于第一沟道层1和第二沟道层10之间；第二电极11位于第二沟道层10表面，得到场效应结构，具体，第一电极和第二电极之间根据工作方式不同采用串联或并联连接，或通过“与”逻辑单元连接。
在本实施方式中，包括两个由二维材料制备的沟道层（包括第一沟道层1和第二沟道层10），由辐射粒子同时与两个二维材料沟道层反应产生赝信号的几率很小，以此，进一步减小/排除由于辐射所导致的赝信号；再有，由二维材料的超薄厚度，可通过栅压同时调控两个沟道层的电子浓度，实现场效应功能。
对上述实施方式进行改进得到本实施方式，如图4所示，在本实施方式中，场效应管中除了包括上述第一沟道层1、第一绝缘层3、栅极4、第一电极2、第一空气层5、第二空气层6、基底7、第二沟道层10、第二绝缘层9、第二电极11以及第三空气层8之外，还包括一密闭抗辐射容器12，并将如图3所示场效应结构真空置于密闭抗辐射容器12中，具体，抗辐射容器12可以降低探测器的照射剂量，真空环境可以减小辐射粒子与空气反应所产生的二次辐射对探测器的影响，以此大大提高了场效应管的抗辐射能力。
应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种场效应管，其特征在于，所述场效应管中包括：第一沟道层、第一绝缘层、栅极以及第一电极，其中，所述第一电极位于所述第一沟道层一侧表面，所述第一绝缘层位于所述第一沟道层另一个表面，所述栅极位于所述第一绝缘层表面；
所述第一沟道层和所述栅极由二维材料制备而成；
所述第一沟道层与栅极之间通过第一空气层隔离，所述第一绝缘层于所述第一空气层四周位于所述第一沟道层和栅极之间；
所述场效应管中还包括一基底层，所述基底层与第一沟道层之间通过第二空气层隔离，所述第一电极于所述第二空气层四周位于所述基底层和第一沟道层之间；
所述场效应管中还包括第二沟道层、第二绝缘层、第二电极以及第三空气层，其中，
所述第二沟道层通过第三空气层位于第一沟道层表面，所述第二绝缘层于所述第三空气层四周，且所述栅极、第一空气层以及第一绝缘层于所述第一沟道层和第二沟道层之间；所述第二电极位于所述第二沟道层表面，得到场效应结构。
2.如权利要求1所述的场效应管，其特征在于，所述二维材料为石墨烯或二硫化钼或二硫化钨。
3.如权利要求1所述的场效应管，其特征在于，所述场效应管中还包括一密闭抗辐射容器，所述场效应结构真空置于所述密闭抗辐射容器中。
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