CN109346527B - 一种晶体管器件以及电子设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种晶体管器件以及电子设备。该晶体管器件包括依次层叠设置的栅极、栅极绝缘层、有源层以及源漏极层；源漏极层包括彼此间隔设置的源极和漏极；源极覆盖部分有源层以及部分栅极绝缘层；漏极覆盖部分有源层以及部分栅极绝缘层；源极在栅极绝缘层上的垂直投影与漏极在栅极绝缘层上的垂直投影不重合；栅极绝缘层包括电解质；晶体管器件还包括保护层；保护层位于源极和栅极绝缘层之间；和/或，保护层位于漏极和栅极绝缘层之间。本发明提供的晶体管器件可以提高晶体管器件的稳定性。
Description
技术领域
本发明实施例涉及半导体技术领域，尤其涉及一种晶体管器件以及电子设备。
背景技术
随着半导体技术的发展，具有更高稳定性和更强功能的晶体管器件变得越来越重要。
由于传统的硅基半导体材料本身具有极难改变的导电类型，基于上述问题，目前，有学者提出以电解质为栅极绝缘层的晶体管器件，图1为现有技术中以电解质为栅极绝缘层的晶体管器件，如图1所示，此晶体管器件包括栅极10、栅极绝缘层20、有源层30以及源漏极层40，可以通过改变栅极10电压，以调控栅极绝缘层20中电解质的离子沿箭头方向进入和退出有源层30内部，以改变有源层30的材料的导电类型。
然而，当向栅极10施加电压时，电解质离子会从栅极绝缘层20溢出，溢出的电解质离子极容易与源漏极层40中的金属电极发生化学反应(图1中示例性的将电解质离子与源漏极层40中的金属电极接触用虚框框出展示)，导致电极的失效，因此这种晶体管器件的稳定性极差。
发明内容
本发明提供一种晶体管器件以及电子设备，可以提高晶体管器件的稳定性。
第一方面，本发明实施例提供了一种晶体管器件，包括依次层叠设置的栅极、栅极绝缘层、有源层以及源漏极层；
所述源漏极层包括彼此间隔设置的源极和漏极；所述源极覆盖部分所述有源层以及部分所述栅极绝缘层；所述漏极覆盖部分所述有源层以及部分所述栅极绝缘层；所述源极在所述栅极绝缘层上的垂直投影与所述漏极在所述栅极绝缘层上的垂直投影不重合；
所述栅极绝缘层包括电解质；
所述晶体管器件还包括保护层；所述保护层位于所述源极和所述栅极绝缘层之间；和/或，所述保护层位于所述漏极和所述栅极绝缘层之间。
进一步地，所述保护层还位于所述有源层与所述源漏极层之间；
所述保护层在所述栅极绝缘层上的垂直投影位于所述源漏极层在所述栅极绝缘层上的垂直投影内。
进一步地，所述电解质包括固体电解质或液体电解质。
进一步地，所述电解质包括固体电解质；
所述固体电解质包括高氯酸锂、高砷酸锂、六氟磷酸锂或四氟硼酸锂。
进一步地，所述栅极绝缘层的厚度为d1，1μm≤d1≤0.5mm。
进一步地，所述有源层的材料包括石墨烯、过渡金属硫族化合物或黑磷。
进一步地，所述有源层的厚度为d2，0.3nm≤d2≤50nm。
进一步地，所述保护层的材料包括二氧化硅、二氧化锆或三氧化二铝。
进一步地，所述保护层的厚度为d3，5nm≤d3≤500nm。
第二方面，本发明实施例还提供了一种电子设备，该电子设备包括：
第一方面的所述晶体管器件。
本发明实施例提供的晶体管器件包括依次层叠设置的栅极、栅极绝缘层、有源层以及源漏极层，源漏极层包括彼此间隔设置的源极和漏极，栅极绝缘层包括电解质，通过在源极和栅极绝缘层之间，和/或，漏极和栅极绝缘层之间，设置保护层，解决当向栅极施加电压时，电解质离子会从栅极绝缘层溢出，与源漏极层中的源极和/或漏极发生化学反应，导致源极和漏极失效的问题，实现提高晶体管器件稳定性的效果。
附图说明
图1为现有技术中以电解质为栅极绝缘层的晶体管器件；
图2为本发明实施例提供的一种晶体管器件的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的另一种晶体管器件的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步地详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
图2为本发明实施例提供的一种晶体管器件的结构示意图，如图2所示，该晶体管器件包括依次层叠设置的栅极11、栅极绝缘层21、有源层31以及源漏极层41；源漏极层41包括彼此间隔设置的源极411和漏极412；源极411覆盖部分有源层31以及部分栅极绝缘层21；漏极412覆盖部分有源层31以及部分栅极绝缘层21；源极411在栅极绝缘层21上的垂直投影与漏极412在栅极绝缘层21上的垂直投影不重合；栅极绝缘层21包括电解质；晶体管器件还包括保护层51；保护层51位于源极411和栅极绝缘层21之间；以及保护层51位于漏极412和栅极绝缘层21之间。
继续参见图2，当向栅极11施加电压时，栅极绝缘层21的电解质离子会从栅极绝缘层21溢出，由于在源极411和栅极绝缘层21之间，以及漏极412和栅极绝缘层21之间，设置有保护层，溢出的电解质离子不能和源漏极层41中的源极411和漏极412直接接触，可以避免溢出的电解质离子与源漏极层40中的源极411和漏极412发生化学反应，进而阻挡溢出的电解质离子腐蚀源极411和漏极412，从而提高此晶体管器件的稳定性。
此外，上述技术方案仅通过增加一层保护层就可以提高晶体管器件的稳定性，结构简单，易于实现。
需要说明的是，在图2中，示例性地设置，保护层51位于源极411和栅极绝缘层21之间以及漏极412和栅极绝缘层21之间。这仅是本申请的一个具体示例，而非对本申请的限制。可选地，还可以设置保护层51位于源极411和栅极绝缘层21之间；或者，保护层51位于漏极412和栅极绝缘层21之间。
可选地，在实际制作时，可以将本实施例中的栅极绝缘层21复用为此晶体管器件的衬底，在该衬底(即栅极绝缘层21)的两侧分别形成栅极以及有源层等功能膜层。这样设置在制作晶体管器件时不需要额外设置衬底，可以有效缩减晶体管器件的体积。
在上述技术方案的基础上，可选地，图3为本发明实施例提供的另一种晶体管器件的结构示意图，如图3所示，保护层51还位于有源层31与源漏极层41之间；保护层51在栅极绝缘层21上的垂直投影位于源漏极层41在栅极绝缘层21上的垂直投影内。
其中，因为当保护层51仅位于源极411和栅极绝缘层21之间，和/或，保护层51位于漏极412和栅极绝缘层21之间时，可能多余的电解质离子会通过有源层31溢出，与源漏极层41中的源极411和漏极412发生化学反应，导致源极411和漏极412被多余的电解质离子腐蚀，此技术方案，通过在有源层31与源漏极层41之间也设置保护层51，更好的防止电解质离子与源漏极层41中的源极411和漏极412发生化学反应，提高晶体管器件稳定性的效果。
在上述技术方案的基础上，可选地，电解质包括固体电解质或液体电解质。
其中，电解质可以为固体电解质，也可以为液体电解质，以液态电解质作为晶体管器件的栅极绝缘层21时，极易腐蚀源极411和漏极412，因为即使在源极411和栅极绝缘层21之间，和/或，漏极412和栅极绝缘层21之间，设置保护层，也不可能完全避免溢出的电解质离子与源漏极层40中的源极411和漏极412发生化学反应，本实施例中以固体电解质为栅极绝缘层21，其腐蚀源极411和漏极412的程度远小于液体电解质腐蚀源极411和漏极412的程度，所以采用固体电解质为晶体管器件的栅极绝缘层21时，可进一步提高晶体管器件的稳定性。需要说明的是，固体电解质的形状可以为长方体、正方体等，本领域技术人员可以理解，固体电解质的形状包括但不限于上述形状，本领域技术人员可以根据产品所需自行设定固体电解质的形状，在本发明中不进行具体限制。
在上述技术方案的基础上，可选地，电解质包括固体电解质，固体电解质包括高氯酸锂、高砷酸锂、六氟磷酸锂或四氟硼酸锂。
其中，固体电解质包括高氯酸锂、高砷酸锂、六氟磷酸锂或四氟硼酸锂等，本领域技术人员可以理解，固体电解质包括但不限于上述示例，现有任意一种能够应用于可以改变半导体材料导电类型的固体材料均落入本发明的保护范围，在此不再赘述。
在上述技术方案的基础上，可选地，继续参见图3，栅极绝缘层21的厚度为d1，1μm≤d1≤0.5mm。
需要说明的是，本领域技术人员可以理解，栅极绝缘层21的厚度包括但不限于上述厚度范围，本领域技术人员可以根据产品所需自行设定栅极绝缘层21的厚度，在本发明中不进行具体限制。
在上述技术方案的基础上，可选地，有源层31的材料包括石墨烯、过渡金属硫族化合物或黑磷等。
本领域技术人员可以理解，有源层31的材料包括但不限于上述示例，现有任意一种能够应用于制备有源层31的材料均落入本发明的保护范围，在此不再赘述。有源层包括二维半导体材料，采用二维半导体材料可以减小晶体管器件的厚度。
在上述技术方案的基础上，可选地，有源层31的厚度为d2，0.3nm≤d2≤50nm。
在上述技术方案的基础上，可选地，保护层51的材料包括二氧化硅、二氧化锆或三氧化二铝。
其中，保护层51的材料包括二氧化硅、二氧化锆或三氧化二铝等，本领域技术人员可以理解，保护层51的材料包括但不限于上述示例，现有任意一种能够应用于保护源极和漏极，使源极和漏极不被从栅极绝缘层21溢出的电解质离子腐蚀的保护层均落入本发明的保护范围，在此不再赘述。
在上述技术方案的基础上，可选地，保护层51的厚度为d3，5nm≤d3≤500nm。
需要说明的是，本领域技术人员可以理解，保护层51的厚度包括但不限于上述厚度范围，本领域技术人员可以根据产品所需自行设定保护层51的厚度，在本发明中不进行具体限制。
可选地，在实际制作时，上述保护层51采用物理气相沉积(Physical VaporDeposition，PVD)工艺制备形成。
PVD工艺例如可以包括溅射工艺、分子束外延工艺或者蒸镀工艺等。
本发明实施例还提供了一种电子设备，该电子设备包括本发明实施例提供的任意一种晶体管器件。该电子设置可以为手机、电脑以及智能可穿戴设备等。
由于本发明实施例提供的电子设备包括本发明实施例提供的任意一种晶体管器件，其具有其所包括的晶体管器件相同或相应的有益效果，此处不再赘述。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (9)
1.一种晶体管器件，其特征在于，包括依次层叠设置的栅极、栅极绝缘层、有源层以及源漏极层；
所述源漏极层包括彼此间隔设置的源极和漏极；所述源极覆盖部分所述有源层以及部分所述栅极绝缘层；所述漏极覆盖部分所述有源层以及部分所述栅极绝缘层；所述源极在所述栅极绝缘层上的垂直投影与所述漏极在所述栅极绝缘层上的垂直投影不重合；
所述栅极绝缘层包括电解质；
所述晶体管器件还包括保护层；所述保护层位于所述源极和所述栅极绝缘层之间；和/或，所述保护层位于所述漏极和所述栅极绝缘层之间；
所述保护层还位于所述有源层与所述源漏极层之间；
所述保护层在所述栅极绝缘层上的垂直投影位于所述源漏极层在所述栅极绝缘层上的垂直投影内。
2.根据权利要求1所述的晶体管器件，其特征在于，所述电解质包括固体电解质或液体电解质。
3.根据权利要求2所述的晶体管器件，其特征在于，所述电解质包括固体电解质；
所述固体电解质包括高氯酸锂、高砷酸锂、六氟磷酸锂或四氟硼酸锂。
4.根据权利要求3所述的晶体管器件，其特征在于，所述栅极绝缘层的厚度为d1，1μm≤d1≤0.5mm。
5.根据权利要求1所述的晶体管器件，其特征在于，所述有源层的材料包括石墨烯、过渡金属硫族化合物或黑磷。
6.根据权利要求1所述的晶体管器件，其特征在于，所述有源层的厚度为d2，0.3nm≤d2≤50nm。
7.根据权利要求1所述的晶体管器件，其特征在于，所述保护层的材料包括二氧化硅、二氧化锆或三氧化二铝。
8.根据权利要求1所述的晶体管器件，其特征在于，所述保护层的厚度为d3，5nm≤d3≤500nm。
9.一种电子设备，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述的晶体管器件。
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