[发明专利]径向纳米线江崎二极管装置和方法

说明书

背景技术

呈栅控江崎二极管（例如，具有负电阻特征和/或以反向或齐纳方向操作的栅控二极管）形式的隧道或隧穿场效晶体管（“TFET”）目前被认为用于在V_DD< 0.3V操作的数字应用。这些晶体管的主要优点在于可能使用在晶体管低于kT/q发热限制而操作的情况下的陡斜率，以减小的栅极摆幅（gate swing），减小断开电流。晶体管操作依靠带通效应，其中，基于经由晶体管栅极控制的跨能带隙的隧穿（例如，电子从n型半导体材料的导带隧穿到pn结的相邻p型半导体材料的价带内）获得驱动电流。因为能带隙阻挡了载流子的直接隧穿，则由有限数量的可用状态而减小了断开电流。

隧道晶体管的主要优点包括驱动电流，即在接通状态相反亚阈值斜率（或亚阈值摆幅）的电流水平以及限定晶体管可能如何准确地断开的断开状态电流。断开状态对于TFET而言通常不成问题，因为断开状态电流由pn结的反向泄漏电流决定。通常，已知难以在亚阈值区域获得高驱动电流以及陡斜率。问题的部分涉及需要栅电极与pn结准确对准，其中未对准将减轻栅效应并且降低跨结的电场。在结的任一侧上的高掺杂水平将增加驱动电流，但另一方面，高掺杂水平将使反亚阈值斜率降级，这是由于在能带隙中引入带尾状态。陡斜率隧道装置的重要方面是参与隧穿的热激励载流子量；在结附近感应的任何可能的空穴将引入热载流子群（经由费米-狄拉克函数）。如果由那些载流子供应隧穿，亚阈值摆幅立即降级到最佳地60 毫伏/十进位（mV/decade）（热注入载流子的理论极限）。这通常是TFET装置的情况。

还已知江崎二极管优选地利用具有小的有效质量的材料制成以增加隧穿电流/隧道电流（tunneling current）并且异质结构优选地用以增加驱动电流，一个示例是InAs/GaSb。另一问题是D_it效应，其将增加斜率并且特别地对于异质结构装置而言，识别并且处理与不同半导体材料兼容的高k电介质是有挑战性的。

发明内容

在一实施例中，一种包括径向纳米线江崎二极管的装置，其中径向纳米线包括第一导电类型的半导体芯和不同于第一导电类型的第二导电类型的半导体壳。

在一实施例中，该装置包括栅控江崎二极管（例如，TFET），其包括径向半导体纳米线。在径向半导体纳米线的相反掺杂芯与壳之间的隧穿电流基本上平行于由栅电极提供给径向半导体纳米线的电场而流动。

在另一实施例中，该装置包括多结太阳能电池，多结太阳能电池包括平面太阳能电池和所述径向纳米线江崎二极管。

附图说明

图1A和图1B分别是沿着线B'-B和A'-A的径向纳米线TFET装置的相应顶视和侧视截面图。图1C为图1A和图1B的装置的能带图。

图2示出了TFET的替代实施例的侧视截面图。

图3为径向和轴向TFET的漏电流（漏极到源极电流）与栅极电压（栅极到源极电压）关系的模拟曲线图。

图4和图5分别为径向和轴向TFET的漏极电流（漏极到源极电流）与栅极电压（栅极到源极电压）关系的模拟曲线图。

图6至图7为径向TFET的尺寸曲线图以及图8至图9为轴向TFET的尺寸曲线图。

图10A和图10B分别为包含轴向和径向纳米线的模拟TFET的右侧部分的侧视截面图，其分别用于图4、图6、图7和图5、图8、图9的相应模拟。

图10C示出了图10B所示的结构的示例性实施例。

图11A至图11D为本发明的实施例的多结太阳能电池的侧视截面图。

图12A和图12B为根据本发明的一实施例，作为温度函数的电流与电压关系和PVCR与温度关系的相应曲线图，以示出江崎二极管的温度相关性电流-电压特征。

具体实施方式

本发明的实施例是基于包括所谓的纳米线的纳米结构。对于本申请的目的，纳米线被解释为在它们的宽度和直径方面具有纳米尺寸并且通常具有细长形状。这种结构通常也被称作纳米须、纳米杆、纳米管、一维纳米元件等。

优选地，纳米线基本上为杆形半导体结构，具有小于1微米的直径，诸如50mm或更小和多达数微米的长度。纳米线在其基部处连接到基板，基板可包括在纳米线下方的外延半导体层。