[发明专利]双型薄膜场效应晶体管及其应用

说明书

本发明一般地涉及薄膜微电子元件的领域，更详细地涉及包含钙钛矿或以莫特(Mott)绝缘体为基的材料的双型薄膜场效应晶体管(TFT)并且涉及微电子应用和光电子应用。

半导体工业主要以硅基器件的实现和特性为基础。对于除硅基(Si基)材料以外可以起开关作用的新型微电子器件的探索是一种新的挑战。互补金属—氧化物—半导体(CMOS)技术在微电子工业中已起到主要作用。Si基CMOS技术基本上提供两种类型晶体管，n型晶体管(NMOS)和p型晶体管(PMOS)。在硅中通过采用或是含电子多的负扩散(掺杂)硅或是含空穴多的正掺杂硅制作NMOS或PMOS。

或是用体技术或是用薄膜技术同样能够制作晶体管。在典型的n势阱CMOS工艺过程中，在n势阱本身中形成p沟道(p型)晶体管和在P—衬底中形成n沟道(n型)晶体管。

为了提供半导体的更高的通用性，根据输入信号形成选择导电沟道的器件是很需要的。所以，存在着对双(n／p)型薄膜场效应晶体管的需求，以便在施加的栅极压极性起变化时在单个器件中实现n型导电沟道或p型导电沟道。

所以，本发明的目的是提供一种方法和结构，其中单个器件即进行n型导电又进行p型导电。这就提供了简化制作步骤和互连、增大器件封装密度以及探索新的微电子电路应用或光电子电路应用的优点。

本发明的另一个目的是提供一种方法和相应结构，其中由三端子器件(栅极、漏和源)构成高性能薄膜晶体管(TFT)器件结构。

本发明的又一个目的是提供一种方法和相应结构，其中由具有顶部栅极和底部栅极以控制阈值(导通)电压和沟道导电的三端子或是四端子器件形成可控TFT器件结构。

本发明的再一个目的是提供一种方法和制造工艺过程，由钙钛矿材料或莫特绝缘体材料组成的结构中实现开关器件。例如，本发明可以采用下列的化合物：YBa₂Cu₃O_7—δ，式中δ是在0和大约1之间、La_2—xSr_xCuO₄，式中x是在0和大约1之间；Nd_2—xCe_xCuO_4—δ，式中δ是在0和大约1之间而式中x是在0和大约1之间；Bi₂Sr₂Ca_nCu_n+1O_6+2n；HgBa₂Ca_nCu_n+1O_2n+4；Tl₂Ba₂Ca_nCu_n+1O_6+2n；(Sr_1—xCa_x)₃Ru₂O₇，式中x是在0和大约1之间；以及(Sr／Ca)_n+1Ru_nO_3n+1Sr。

本发明的另一个目的提供是新的YBCO(YBa₂Cu₃O₇)沟道材料以实现双型TFT开关器件。

本发明的又一个目的是使双型开关器件以累积方式工作。

本发明的又一个目的是双型单器件提供许多模拟电路应用，例如全波整流器电路。

本发明的再一个目的是能够用公开的单型TFT器件代替通常全波桥式整流器中的四个二极管。

本发明的另一个目的是提供能够容易地扩展到像逻辑门电路、多级存储单元和显示器或LED驱动器器件之类的新微电子应用和光电子应用的双型器件。

微电子器件包括适合于接收输入电压的栅极层。在栅极层上形成绝缘层，并且在绝缘层上形成用于源和漏之间传送电流的导电沟道层。导电沟道层适用于构成双沟道。双沟道包括p沟道和n沟道两者，其中响应输入电压可选择地启动p沟道和n沟道其中之一。

按照本发明，电路包括具有栅极、源极和漏极的薄膜晶体管。薄膜晶体管包含用来形成栅极的栅极层。栅极适用于接收输入电压。在栅极层上形成绝缘层。在绝缘层上形成用于在源和漏之间传送电流的导电沟道层。导电沟道层适合于构成双沟道，并且双沟道包括p沟道和n沟道两者，其中响应输入电压可选择地启动p沟道和n沟道其中之一。