KR0155302B1 - 박막 전계효과 트랜지스터 - Google Patents

박막 전계효과 트랜지스터

Info

Publication number
KR0155302B1
KR0155302B1 KR1019940032100A KR19940032100A KR0155302B1 KR 0155302 B1 KR0155302 B1 KR 0155302B1 KR 1019940032100 A KR1019940032100 A KR 1019940032100A KR 19940032100 A KR19940032100 A KR 19940032100A KR 0155302 B1 KR0155302 B1 KR 0155302B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
thin film
field effect
ultra
effect transistor
metal
Prior art date
Application number
KR1019940032100A
Other languages
English (en)
Other versions
KR960019799A (ko
Inventor
이성재
박경완
신민철
Original Assignee
양승택
재단법인한국전자통신연구소
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 양승택, 재단법인한국전자통신연구소 filed Critical 양승택
Priority to KR1019940032100A priority Critical patent/KR0155302B1/ko
Publication of KR960019799A publication Critical patent/KR960019799A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR0155302B1 publication Critical patent/KR0155302B1/ko

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/786—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film
    • H01L29/78684—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film having a semiconductor body comprising semiconductor materials of Group IV not being silicon, or alloys including an element of the group IV, e.g. Ge, SiN alloys, SiC alloys
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/786—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film
    • H01L29/78696—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film characterised by the structure of the channel, e.g. multichannel, transverse or longitudinal shape, length or width, doping structure, or the overlap or alignment between the channel and the gate, the source or the drain, or the contacting structure of the channel

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Thin Film Transistor (AREA)

Abstract

본 발명은 전계효과 트랜지스터의 전자 통로의 재료로서 Mo-C 초박막을 사용한 금속 전계효과 트랜지스터에 관한 것이다.
Mo-C는 전기적으로 연속적인 초박막의 형태로 쉽게 만들어진다.
또한, Mo-C는 높은 용융점 및 강도 등의 재질 뿐 아니라, 초박막 구조의 안정성 때문에 손쉽게 상온에서 초박막으로 만들 수 있는 성질들을 가지고 있기 때문에 초박막 금속 전계효과 트랜지스터의 금속재료로서 아주 적합하다.

Description

박막 전계효과 트랜지스터(Thin Film Field Effect Transistor)
제1도는 절연막과 금속박막 회로층 그리고 별도의 보호층을 한 단위로 하는 구조와, 이들의 적층 구조에 대한 단면도.
제2a에서 2c도는 트랜지스터의 채널이 금속으로 대체된 상태의 구조도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 기판 20 : 단위층
21 : 절연층 22 : 금속박막 회로층
23 : 별도층 30 : 소스 전극(S)
40 : 드레인 전극(D) 50 : 게이트 전극(G)
60 : 절연막(I) 70 : 금속 초박막 채널(C)
80 : 절연 기판(I') 81 : 채널 전자계(εF)
82 : 음의 게이트 전압(VG) 90 : 소스-드레인 전압(VDS)
100 : 게이트 전압(VG)
본 발명은 전계효과 트랜지스터(field effect transistor)에 관한 것으로, 더 구체적으로는 몰리브덴-카바이드(Mo-C) 초박막으로 구성되는 전계효과 트랜지스터에 관한 것이다.
현재 개발되어 상용되는 전자 집적회로의 거의 대부분의 소자는 반도체 재료, 특히 실리콘을 주재료로 사용하여 제작된다.
그러나, 금속을 전자소자의 재료로 하는 경우, 반도체 재료에 비하여 여러 장점이 있다.
즉, 전자밀도가 반도체의 경우에 비하여 약 백만배 이상 크기 때문에 훨씬 작은 크기의 소자의 제작이 가능하다.
또한, 금속소자는 밴드 갭(band gap)을 이용하지 않으므로 반도체 소자의 제작시에 요구되는 정도의 고결정성이 필요하지 않아서, 기판을 직접 전자소자의 한 부분으로 이용하지 않고도 평평한 절연막 위에 쉽게 박막을 입혀 가공(리프트-오프(lift-off), 재증착, 열처리등)함으로써 제작된다.
따라서, 초박막의 소자들로 이루어지는 단층의 회로들(접속부분들만을 제외함) 위에 절연층을 입히고 이를 한 단위로 하여, 제1도에 도시된 바와 같이, 적층 구조로 집적회로를 만들 수 있다.
상기 제1도는 절연층(21)과 금속박막 회로층(22) 그리고 별도의 보호층(23)을 한 단위로 하는 구조를 적층한 구조에 대한 단면도로서, 이런 단위층 하나의 집적도는 전술한 이유로 반도체 재료를 사용하는 소자에 비하여 훨씬 높아질 수 있을 뿐 아니라, 다수의 단위층(20)들을 적층함으로써 삼차원 집적회로로 구성할 수 있기 때문에 적층의 개수만큼 집적도가 배가되므로 기존의 반도체 집적회로에 비해 훨씬 우수하다.
상기한 바와 같이 삼차원 집적회로의 구현이 가능하려면 금속박막을 주재료로 사용하는 능동소자, 즉, 트랜지스터가 필요하다.
지금까지 널리 상용되는 트랜지스터의 두가지 유형 중 금속에 적용 가능한 것은 전계효과 트랜지스터이다.
그러나, 전자밀도가 반도체 재료에 비해 훨씬 큰 금속재료의 특성상, 전계효과에 의하여 에너지 밴드가 휘는 표면으로의 깊이가 수 Å(=0.0001㎛) 정도이기 때문에, 금속박막의 두께 역시 그 정도로 얇아야 만족할 만한 전계효과를 얻을 수 있다.
가공 가능한 조건으로 이렇듯 초박막으로 균일하게 증착할 수 있는 금속 재료로 몰리브덴-카바이드(Mo-C)가 있다.
Mo-C는 전기적으로 연속적인(electrically continuous) 초박막의 형태로 쉽게 만들어진다.
제2a에서 제2c도는 트랜지스터의 채널이 금속으로 대체된 상태의 구조도로서, 제2b도는 도2a의 A-A'선에 의한 단면을 따라서 에너지 준위도에 의해서 다음과 같이 설명되어 진다.
상기 제2b도에서 트랜지스터가 on인 상태일 때, 게이트 전압(100)이 0일 경우 채널층의 전자틀에 의하여 전기가 흐르게 되는데, 전기전도도는 채널 전자계의 εF(81)에 관계하며, 빗금친 부분은 전도대(conduction band)(50, 70)를 나타낸다.
제2c도는 트랜지스터가 off인 상태를 나타내었는데, 옴의 게이트 전압(VG0)(82)이 인가되었을 경우, 에너지 밴드의 휨(band-bending)에 의하여 채널층의 전자계의 페르미 에너지(Fermi energy)가 줄어들어, 즉 전자의 개수가 감소하여 전기 저항이 증가한다.
본 발명은 통상 반도체를 재료로 한 전계효과 트랜지스터(Field Effect Transistor, 이하 FET라 칭함)의 구조 및 원리를 바탕으로 한 것으로 게이트 전극 아래의 절연막 밑의 전자 통로(channel)를 실리콘 대신 Mo-C 초박막으로 대체한 구조에 관한 것이다.
따라서 본 발명의 가장 중요한 요소는 소스와 드레인 사이의 채널을 초박막 금속으로 바꾸는 것이고 동작 원리는 통상의 FET와 같으므로 이를 기준으로 설명하면 다음과 같다.
통상의 실리콘을 재료로 한 n-FET의 수직 구조를 살펴보면 게이트 전극(50)이 맨 위에 존재하고 차례로 절연막(gate oxide, 구체적으로 SiO2)(60), 그리고 n형태(n-type)의 실리콘이 소스(source)(30)와 드레인(drain)(40)을 이어주는 전자의 통로(channel) 역할을 하도록 맨 밑에 존재한다.
이의 동작 원리는 게이트 전극(50)에 양전압을 가하면 아래에 위치한 절연막과 실리콘 사이에 전장(electric field)(30, 40)을 생성한다.
이 전장(30, 40)은 절연막(60)과 실리콘의 경계면 부근의 자유전자를 끌어들여 경계면으로부터 실리콘쪽으로 자유 전자가 많은 수백 나노미터 두께의 축적 영역(accumulation region)을 유도한다.
그 결과 소스(30)와 드레인(40)간의 전자 통로는 전류를 매개할 자유전자가 많아져서 전기 저항이 게이트 전압(100)을 걸지 않았을 때와 비교하여 훨씬 작아지는 것이다.
이러한 방법으로 게이트 전압(100)에 대하여 소스-드레인간의 전기 저항을 조절함으로써 트랜지스터 동작을 이루게 되는 것이다.
본 발명에서는 소스-드레인간의 전자 통로로서 실리콘과 같은 반도체 대신 금속을 넣어도 동작한다는 점에 착안한 것이다.
원칙적으로 보통 수 마이크론 투께의 금속을 사용할 경우엔 동작하지 않는다.
왜냐하면 상기와 같은 게이트 전압(100)에 의해 영향을 받는 축적영역의 두께는 반도체의 경우 수백 나노미터이지만, 금속의 경우 축적영역의 두께가 1 나노미터 이하이기 때문에 설령 금속박막의 두께가 0.1 마이크론이라 할지라도 약 일천분의 일 이하의 미미한 효과밖에 얻을 수 없기 때문이다.
참고로 축적영역의 두께 λ는 해당하는 물질의 전자밀도 n에 의해 결정되기 때문에 물질에 따라 다르다.
그러나 금속박막의 두께를 1 나노미터 이하의 두께로 만든 초박막을 소스-드레인간의 전자 통로로 사용할 경우에는 전체 두께가 축적영역의 두께와 비슷하게 되어 , 반도체를 재료로 한 FET 소자의 경우와 같은 동작을 기대할 수 있다.
물론 1 나노미터 이하 두께의 연속적인 박막을 만들기란 어려운 일이나, 본 발명에서 언급한 Mo-C 경우는 0.26 나노미터 두께의 전기적으로 연속적인 박막을 스퍼터링(sputtering) 방법에 의하여 만들 수 있으므로 이를 FET의 채널로 사용할 수 있다.
실례로, 상온에서 스퍼터링(sputtering)으로 증착될 경우 약 0.26Å의 두께로에서부터 전기적 연속성을 보이게 된다.
또한, Mo-C는 일반적으로 전이원소 카바이드(탄소와의 화합물)가 갖는 안정한 화학적 구조 즉, 높은 용융점 및 높은 강도 등의 재질뿐 아니라, 초박막 구조의 안정성을 가지므로 손쉽게 상온에서 초박막으로 만들 수 있는 성질들을 가지고 있기 때문에, 전술한 초박막 금속 전계효과 트랜지스터의 금속재료로써 아주 적합하다.

Claims (1)

  1. 박막 전계효과 트랜지스터에 있어서, 소오스와 드레인 사이의 채널이 몰리브덴 카바이드(Mo-C) 박막으로 구성되는 것을 특징으로 하는 박막 전계효과 트랜지스터.
KR1019940032100A 1994-11-30 1994-11-30 박막 전계효과 트랜지스터 KR0155302B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019940032100A KR0155302B1 (ko) 1994-11-30 1994-11-30 박막 전계효과 트랜지스터

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019940032100A KR0155302B1 (ko) 1994-11-30 1994-11-30 박막 전계효과 트랜지스터

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR960019799A KR960019799A (ko) 1996-06-17
KR0155302B1 true KR0155302B1 (ko) 1998-10-15

Family

ID=19399744

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1019940032100A KR0155302B1 (ko) 1994-11-30 1994-11-30 박막 전계효과 트랜지스터

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR0155302B1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101419005B1 (ko) * 2013-11-25 2014-07-14 (주)비디비치코스메틱 화장품 용기

Also Published As

Publication number Publication date
KR960019799A (ko) 1996-06-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100339184B1 (ko) 반도체 디바이스 및 동적 랜덤 액세스 메모리
JP4717855B2 (ja) 静電的に制御されるトンネリング・トランジスタ
JP3315356B2 (ja) 高耐圧半導体装置
US7714386B2 (en) Carbon nanotube field effect transistor
US7408217B2 (en) Metal-insulator transition switching transistor and method for manufacturing the same
US8063451B2 (en) Self-aligned nano field-effect transistor and its fabrication
KR101791938B1 (ko) 복수의 그래핀 채널층을 구비하는 그래핀 전자소자
KR100695150B1 (ko) 금속-절연체 변환 물질을 이용한 트랜지스터 및 그 제조방법
US7838875B1 (en) Metal transistor device
US5834793A (en) Semiconductor devices
KR100505900B1 (ko) 전계 효과 트랜지스터 및 그 제조 방법
TW200534346A (en) Transistor with workfunction-induced charge layer
CN109196651B (zh) 场效应晶体管结构及其制作方法
US5693977A (en) N-channel field effect transistor including a thin-film fullerene
KR100467330B1 (ko) 절연체 바나듐 산화막을 채널 영역으로 이용한 전계 효과트랜지스터 및 그 제조 방법
TWI236146B (en) Field effect transistor using insulator-semiconductor transition material layer as channel material and method of manufacturing the same
US5140299A (en) Article comprising a high value resistor
EP1170802A2 (en) Semiconductor gate with semi-insulating diffusion barrier
US7767501B2 (en) Devices using abrupt metal-insulator transition layer and method of fabricating the device
KR0155302B1 (ko) 박막 전계효과 트랜지스터
KR100601995B1 (ko) 물성 변환층을 이용한 트랜지스터와 그 동작 및 제조 방법
WO2014174937A1 (ja) 異種材料接合を有する半導体デバイス
EP3915154B1 (en) Semiconductor devices using semiconductor-metal phase change materials
JPS5833872A (ja) 薄膜電界効果トランジスタの製造方法
JP4737964B2 (ja) 有機半導体装置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20070702

Year of fee payment: 10

LAPS Lapse due to unpaid annual fee