RU175418U1 - Полевой транзистор на углеродной пленке с вертикальным каналом проводимости - Google Patents
Полевой транзистор на углеродной пленке с вертикальным каналом проводимости Download PDFInfo
- Publication number
- RU175418U1 RU175418U1 RU2016148743U RU2016148743U RU175418U1 RU 175418 U1 RU175418 U1 RU 175418U1 RU 2016148743 U RU2016148743 U RU 2016148743U RU 2016148743 U RU2016148743 U RU 2016148743U RU 175418 U1 RU175418 U1 RU 175418U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- film
- source
- drain
- vertical
- effect transistor
- Prior art date
Links
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 12
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 11
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 21
- 230000005669 field effect Effects 0.000 claims abstract description 18
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 18
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 18
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims abstract description 4
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims abstract description 4
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 9
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000010408 film Substances 0.000 description 14
- 239000000463 material Substances 0.000 description 12
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 3
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910003481 amorphous carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 229920000547 conjugated polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 238000001459 lithography Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 239000002071 nanotube Substances 0.000 description 1
- 239000012811 non-conductive material Substances 0.000 description 1
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000005036 potential barrier Methods 0.000 description 1
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 239000008207 working material Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
- B82B1/00—Nanostructures formed by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
-
- 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
-
- 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
Landscapes
- Thin Film Transistor (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к приборам твердотельной электроники на основе гетероструктур, к таким как полевые транзисторы эмиссионного (инжекционного) типа с вертикальной геометрией, и может быть использована при создании элементов наноэлектроники. Полевой транзистор содержит в качестве истока пленку из металла или высоколегированного полупроводника с металлическим типом проводимости (n-тип), вертикальный проводящий канал в виде пленки с высокой анизотропией проводимости, выполненной из наноструктурированного углерода, сток и затвор, выполненные в виде металлических полосок. Исток отделен от вертикального проводящего канала диэлектрической пленкой толщиной от 10 до 50 нм. Контакт между вертикальным проводящим каналом и стоком является омическим. Полезная модель обеспечивает создание полевого транзистора с высокой плотностью активных элементов в интегральных схемах, с низкой мощностью потребления и высоким быстродействием за счет вертикального проводящего канала, выполненного в виде пленки из наноструктурированного углерода с высокой анизотропией проводимости, и субвольтового режима работы (менее 1 В). 5 з.п.ф-лы, 3 ил.
Description
Полезная модель (ПМ) относится к приборам твердотельной электроники на основе гетероструктур, к таким как полевые транзисторы эмиссионного (инжекционного) типа с вертикальной геометрией (при этом транзистор содержит плоскую подложку из непроводящего материала), и может быть использована при создании элементов наноэлектроники.
В настоящее время предлагаются различные варианты полевых транзисторов, в которых в качестве активного полупроводника используют не традиционный материал (кремний), а материалы на основе различных форм углерода. В этих решениях сохраняется традиционная конструкция с горизонтальной геометрией, в которой электрод стока и электрод истока разделены каналом транзистора. Этот канал состоит из, например, аморфного полупроводникового материала. В качестве активного аморфного полупроводникового материала в полевых транзисторах этого типа используют аморфный углерод или аморфный кремний, сопряженные полимеры, нанотрубки и т.п. В таких структурах, как правило, электрод затвора изолирован от канала посредством подзатворного диэлектрика.
Например, на фиг. 1 представлен тонкопленочный транзистор с активным полупроводниковым материалом (1) в виде слоя аморфного Si:H толщиной 10 нм (D.B. Thomasson&al., IEEE El.Dev. Lett., Vol. 18, p. 117, March 1997). В этом транзисторе электрод затвора (2), который может быть металлическим, напылен в виде пленки на подложке. Поверх этого электрода затвора напылен изолирующий слой (3), а на изолятор нанесен активный полупроводниковый материал в виде слоя аморфного Si:H. Электроды стока (4) и истока (5) (Al) нанесены на активном полупроводниковом материале и разнесены в пространстве один относительно другого.
Другой пример тонкопленочного транзистора из органического материала показан на фиг. 2 (A. Dodabalapur&al. Appl. Phys. Lett., Vol. 69, pp. 4227-29, December 1996). Здесь активным полупроводниковым материалом является органическое соединение (6), например полимер или ароматические молекулы. На подложке обеспечивается электрод затвора (7), а выше электрода затвора - изолятор (8) в виде слоя, который может быть выполнен путем нанесения оксидного слоя на поверхность электрода затвора. На изолирующем слое обеспечиваются разнесенные в пространстве электрод истока (9) и электрод стока (10), а поверх электродов стока и истока имеются отстоящие одна от другой вертикальные боковые стенки, обе из которых с одного конца соединены с аналогичной вертикальной поперечной стенкой.
Например, из патента США 5563077 (Н.С. На) известен тонкопленочный транзистор с вертикальным каналом, в котором канал образован двумя разнесенными в пространстве одна относительно другой вертикальными боковыми стенками, которые с одного конца соединены с аналогичной вертикальной торцевой стенкой. Недостатком такой конструкции является усложнение технологии литографии (многоуровневый напылительный процесс).
Известен вертикальный транзистор с проницаемой базой (М. Шур. «Современные приборы на основе арсенида галлия», М.: Мир, 1991), содержащий плоский катод (отрицательный электрод), плоский анод (положительный электрод), расположенный параллельно катоду, управляющий электрод, выполненный в виде плоской металлической решетки, расположенный параллельно плоскому катоду (на меньшем расстоянии от катода, чем от анода) и полупроводниковый материал, заполняющий все пространство между тремя названными электродами. Транзистор управляется пространственным зарядом, образующимся в полупроводниковом материале вокруг плоской металлической решетки (объемным зарядом барьера Шоттки). Недостатком такого транзистора являются относительно невысокая выходная мощность, высокие механические напряжения на границах электродов с полупроводниковым материалом и невысокий коэффициент полезного действия.
Наиболее близким к заявляемой ПМ по наибольшему числу существенных признаков является вертикальный полевой транзистор (пат. США № 4903089, МПК: H01L 29/80, заявл. 02.02.1988, опубл. 20.02.1990), содержащий последовательно соединенные полупроводниковую подложку, сток, выполненный из полупроводника n+-типа, вертикальные проводящие каналы, выполненные из полупроводника n-типа, затвор, выполненный в виде металлической ленты, перфорированной в пределах полупроводниковой структуры, слои диэлектрика, расположенные с нижней и верхней поверхностей перфорированной металлической.
Недостатки данного устройства следующие: 1) сложная технология создания многослойной структуры, в которой управляющим электродом является либо тонкая пленка металла, либо сетка из напыленных металлических полосок, встроенных в рабочий материал; 2) относительно низкая теплопроводность полупроводникового подложечного материала, через который отводится значительная часть выделяемой в малом объеме полупроводниковой структуры тепловой энергии, и значительные механические напряжения на границе полупроводниковой подложки и стока, имеющие различные кристаллические структуры, что ухудшает электрические характеристики прибора и уменьшает надежность и долговечность его работы.
Сущность предлагаемой ПМ заключается в том, что в качестве вертикального проводящего канала используется пленка из наноструктурированного углерода с высокой анизотропией проводимости. Предлагаемое техническое решение позволяет обойтись без использования необходимого в аналогах подзатворного диэлектрического слоя.
В предлагаемой ПМ ток в вертикальном проводящем канале является дрейфовым в отличие от диффузионного в описанных выше прототипах. Дрейфовый ток управляется потенциалом, приложенным к затвору за счет снижения потенциального барьера на границе металл (исток) - диэлектрик - углерод.
Техническая задача, на решение которой направлена предлагаемая ПМ, состоит в создании полевого транзистора с низкой мощностью потребления и высоким быстродействием. Поставленная техническая задача в данной ПМ решается за счет того, что вертикальный полевой транзистор содержит в качестве истока пленку из металла или высоколегированного полупроводника с металлическим типом проводимости (n+-тип), вертикальный проводящий канал в виде пленки из наноструктурированного углерода с высокой анизотропией проводимости, сток и затвор, выполненные в виде металлических полосок, диэлектрически изолированных от истока или стока. Исток отделен от вертикального проводящего канала диэлектрической пленкой толщиной от 10 до 50 нм. Диэлектрическая изоляция стока от затвора реализуется за счет высокого поверхностного сопротивления пленки из наноструктурированного углерода с высокой анизотропией проводимости. Контакт между вертикальным каналом проводимости и стоком является омическим, контакт между истоком и вертикальным проводящим каналом - запорным (инжекционным).
Предлагаемый полевой транзистор обеспечивает высокую плотность активных элементов в интегральных схемах за счет использования вертикальной геометрии. Улучшенное быстродействие по сравнению с аналогом и низкая мощность потребления реализуется за счет вертикального проводящего канала, выполненного в виде пленки из наноструктурированного углерода с высокой анизотропией проводимости, и субвольтового режима работы (менее 1 В).
Осуществление заявляемой ПМ поясняется фиг. 3, на которой приведена принципиальная схема заявляемого полевого транзистора на углеродной пленке с вертикальным каналом проводимости, где
11 - подложка (диэлектрическая или высокоомный кремний);
12 - затвор, выполненный в виде металлических полосок;
13 - диэлектрическая пленка типа SiO2 или Al2O3;
14 - сток, выполненный в виде металлических полосок;
15 - вертикальный проводящий канал, выполненный в виде пленки из наноструктурированного углерода с высокой анизотропией проводимости;
16 - исток, выполненный в виде пленки из металла или высоколегированного полупроводника с металлическим типом проводимости (n+-тип).
Примером использования полевого транзистора, соответствующего п. 1 формулы ПМ, имеющего структуру, которая включает последовательно: подложку 11, выполненную на конкретном примере из сапфира (диэлектрик с большой шириной запрещенной зоны) или высокоомный (нелегированный) кремний. Диэлектрическая изоляция между электродами осуществляется через диэлектрическую пленку 13.
Согласно п. 2 и 3 формулы ПМ затвор в виде металлических полос может располагаться как в плоскости истока, так и в плоскости стока.
В соответствии с п. 4 формулы ПМ затвор в виде металлических полосок может также располагаться между плоскостями, в которых расположены контакты истока и стока.
Толщина диэлектрической пленки, указанная в п. 5 и 6 формулы ПМ (10-50 нм), определяется в зависимости от величины рабочих токов и токов утечки.
Claims (6)
1. Полевой транзистор, содержащий исток, выполненный в виде пленки из металла или высоколегированного полупроводника с металлическим типом проводимости (n+-тип), вертикальный проводящий канал, выполненный в виде пленки из наноструктурированного углерода с высокой анизотропией проводимости, сток и затвор, выполненные в виде металлических полосок, диэлектрически изолированных от истока или стока, отличающийся тем, что вертикальный проводящий канал ориентирован перпендикулярно подложке, контакт между истоком и вертикальным проводящим каналом - запорный (инжекционный), а между вертикальным проводящим каналом и стоком - омический.
2. Полевой транзистор по п. 1, отличающийся тем, что затвор расположен в одной плоскости с контактами истока.
3. Полевой транзистор по п. 1, отличающийся тем, что затвор расположен в одной плоскости с контактами стока.
4. Полевой транзистор по п. 1, отличающийся тем, что затвор расположен между плоскостями, в которых расположены контакты истока и стока.
5. Полевой транзистор по п. 1, отличающийся тем, что вертикальный проводящий канал изолирован от контактов истока диэлектрической пленкой толщиной от 10 до 50 нм.
6. Полевой транзистор по п. 1, отличающийся тем, что вертикальный проводящий канал изолирован от контактов стока диэлектрической пленкой толщиной от 10 до 50 нм.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016148743U RU175418U1 (ru) | 2016-12-12 | 2016-12-12 | Полевой транзистор на углеродной пленке с вертикальным каналом проводимости |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016148743U RU175418U1 (ru) | 2016-12-12 | 2016-12-12 | Полевой транзистор на углеродной пленке с вертикальным каналом проводимости |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU175418U1 true RU175418U1 (ru) | 2017-12-04 |
Family
ID=60581917
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016148743U RU175418U1 (ru) | 2016-12-12 | 2016-12-12 | Полевой транзистор на углеродной пленке с вертикальным каналом проводимости |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU175418U1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU204091U1 (ru) * | 2020-12-25 | 2021-05-06 | Общество с ограниченной ответственностью "Сенсор Микрон" | Полевой транзистор с вертикальным каналом для СВЧ - техники |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4903089A (en) * | 1988-02-02 | 1990-02-20 | Massachusetts Institute Of Technology | Vertical transistor device fabricated with semiconductor regrowth |
| US20040238887A1 (en) * | 2001-07-05 | 2004-12-02 | Fumiyuki Nihey | Field-effect transistor constituting channel by carbon nano tubes |
| US6855603B2 (en) * | 2000-06-27 | 2005-02-15 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Vertical nano-size transistor using carbon nanotubes and manufacturing method thereof |
| US20060011972A1 (en) * | 2002-10-31 | 2006-01-19 | Andrew Graham | Non-volatile memory cell, memory cell arrangement and method for production of a non-volatile memory cell |
| US20120081774A1 (en) * | 2009-04-01 | 2012-04-05 | De Paiva Martins Rodrigo Ferrao | Electrochromic thin film transistors with lateral or vertical structure using functionalized or non-functionalized substrates and method of manufacturing same |
| RU2013131102A (ru) * | 2010-12-07 | 2015-01-20 | Юниверсити Оф Флорида Рисерч Фаундейшн, Инк. | Вертикальный органический светоизлучающий транзистор с использованием разреженного истока активной матрицы |
-
2016
- 2016-12-12 RU RU2016148743U patent/RU175418U1/ru active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4903089A (en) * | 1988-02-02 | 1990-02-20 | Massachusetts Institute Of Technology | Vertical transistor device fabricated with semiconductor regrowth |
| US6855603B2 (en) * | 2000-06-27 | 2005-02-15 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Vertical nano-size transistor using carbon nanotubes and manufacturing method thereof |
| US20040238887A1 (en) * | 2001-07-05 | 2004-12-02 | Fumiyuki Nihey | Field-effect transistor constituting channel by carbon nano tubes |
| US20060011972A1 (en) * | 2002-10-31 | 2006-01-19 | Andrew Graham | Non-volatile memory cell, memory cell arrangement and method for production of a non-volatile memory cell |
| US20120081774A1 (en) * | 2009-04-01 | 2012-04-05 | De Paiva Martins Rodrigo Ferrao | Electrochromic thin film transistors with lateral or vertical structure using functionalized or non-functionalized substrates and method of manufacturing same |
| RU2013131102A (ru) * | 2010-12-07 | 2015-01-20 | Юниверсити Оф Флорида Рисерч Фаундейшн, Инк. | Вертикальный органический светоизлучающий транзистор с использованием разреженного истока активной матрицы |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU204091U1 (ru) * | 2020-12-25 | 2021-05-06 | Общество с ограниченной ответственностью "Сенсор Микрон" | Полевой транзистор с вертикальным каналом для СВЧ - техники |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN100557815C (zh) | InA1N/GaN异质结增强型高电子迁移率晶体管结构及制作方法 | |
| CN106158948B (zh) | Ⅲ族氮化物增强型hemt器件及其制作方法 | |
| CN103811542B (zh) | 一种锡化物超晶格势垒半导体晶体管 | |
| CN104022151B (zh) | 半导体器件及其制造方法 | |
| CN102938413A (zh) | AlGaN/GaN异质结增强型器件及其制作方法 | |
| CN104952938A (zh) | 一种氮化镓异质结mis栅控功率二极管及其制造方法 | |
| CN109873034A (zh) | 沉积多晶AlN的常关型HEMT功率器件及其制备方法 | |
| CN105448964A (zh) | 复合阶梯场板槽栅AlGaN/GaN HEMT高压器件结构及其制作方法 | |
| CN110634950A (zh) | 氧化镓垂直结构半导体电子器件及其制作方法 | |
| CN104037218A (zh) | 一种基于极化效应的高性能AlGaN/GaN HEMT高压器件结构及制作方法 | |
| RU175418U1 (ru) | Полевой транзистор на углеродной пленке с вертикальным каналом проводимости | |
| KR101587129B1 (ko) | 양방향성 트랜지스터 및 그 제조방법 | |
| CN103745990B (zh) | 耗尽型AlGaN/GaN MISHEMT高压器件及其制作方法 | |
| CN102709322B (zh) | 高阈值电压氮化镓增强型晶体管结构及制备方法 | |
| CN106158949A (zh) | Ⅲ族氮化物增强型hemt器件 | |
| CN104064595A (zh) | 一种基于槽栅结构的增强型AlGaN/GaN MISHEMT器件结构及其制作方法 | |
| CN116504805A (zh) | 具有垂直AlGaN/GaN结构的高电子迁移率晶体管及其制备方法 | |
| Wang et al. | An E-mode $\beta $-Ga 2 O 3 metal-heterojunction composite field effect transistor with a record high P-FOM of 0.73 GW/cm 2 | |
| CN106057902A (zh) | 一种高性能mosfet及其制造方法 | |
| WO2019242101A1 (zh) | 氧化镓垂直结构半导体电子器件及其制作方法 | |
| CN106783993B (zh) | 具有衬底内复合介质层结构的氮化镓异质结场效应管 | |
| CN205911314U (zh) | 一种基于氮氧化铪栅绝缘层室温制备的并五苯薄膜晶体管 | |
| CN109659358A (zh) | 一种氮化镓hemt低欧姆接触电阻结构及其制作方法 | |
| CN105185841B (zh) | 一种场效应二极管及其制作方法 | |
| Wu et al. | In-Plane-Gate Oxide-Based Thin-Film Transistors Self-Aligned on Stacked Self-Assembled Monolayer/$\hbox {SiO} _ {2} $ Electrolyte Dielectrics |