[发明专利]一种基于陷阱控制的半导体电容器件及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明属于半导体领域，尤其涉及一种基于陷阱控制的半导体电容器件及其制备方法与应用。

背景技术

半导体硅材料在器件制作过程中，由于工艺原因而产生了缺陷或者陷阱。这些硅中的陷阱在半导体硅的禁带中引入了分立的能级。这一分立的能级具有干扰半导体器件的载流子输运特性，因此一般被视为能对器件性能带来退化的主要因素。

然而正是由于陷阱在禁带中具有分立能级，因此他们可以作为有效的产生和复合中心，来调节导带和价带中的两种载流子的浓度。而且陷阱的这种特殊的产生复合效应具有很好的可控性。因此，如何利用陷阱的这一特性具有重要意义。

发明内容

本发明的首要目的在于提供一种基于陷阱控制的半导体电容器件，用于实现利用陷阱的产生复合效应来控制的电容区的充电和放电。可实现极低的充放电电流控制。

本发明的再一目的在于提供上述基于陷阱控制的半导体电容器件的制备方法。

本发明的再一目的在于提供上述基于陷阱控制的半导体电容器件的应用方法。

本发明是这样实现的，一种基于陷阱控制的半导体电容器件，包括电容区以及漏区，所述电容区和漏区之间设有上下叠放的氧化绝缘层和衬底构成的沟道区；所述电容区顶部覆盖氧化隔离层；所述沟道区底部设有衬底电极层；所述氧化绝缘层顶部覆盖控制栅电极层；所述漏区顶部设有控制漏电极层，所述控制漏电极层周边设有氧化隔离层。

优选地，所述衬底为P型衬底。

优选地，所述衬底为N型衬底。

本发明进一步提供了上述基于陷阱控制的半导体电容器件的制备方法，该方法包括以下步骤：

(1)选取高掺杂的N型或P型材料，在衬底表面生长一层氧化隔离层，通过光刻确定电容区、漏区以及沟道区，刻蚀掉沟道区域上面的氧化隔离层，通过离子注入法或扩散法形成P型衬底或者N型衬底，并将衬底刻蚀一部分并氧化形成氧化层；

(2)在电容区和漏区上生长一层氧化隔离层；

(3)通过光刻及刻蚀掉控制栅电极层和控制漏电极层位置上的氧化隔离层；

(4)通过金属淀积工艺，分别形成控制栅电极层、控制漏电极层和衬底电极层。

本发明进一步提供了上述基于陷阱控制的半导体电容器件的应用方法，该方法包括以下步骤：

(1)当漏端电压V_D大于0V时，栅电压被设置对应的沟道耗尽状态，将产生的空穴注入进电容区，为电容区充电；

(2)当漏端电压V_D小于0V时，栅电压被设置对应的沟道耗尽状态，电容区的空穴被抽取到沟道区中参与复合，为电容区放电。

相比于现有技术的缺点和不足，本发明具有以下有益效果：本发明通过基于陷阱的产生复合效应，能够非常有效的控制电容区的充放电。相比与传统的电容器件，该电容的的最低工作电流可低至皮安级别，本发明可为具有极低功耗要求的特殊芯片提供的基本的半导体电容单元器件。而且本发明中的器件结构，与传统的CMOS工艺有很好的兼容性。

附图说明

图1是本发明电子导电型沟道基于陷阱控制的半导体电容器件的结构示意图；

图2是本发明空穴导电型沟道基于陷阱控制的半导体电容器件的结构示意图；

图3本发明实施例中电子导电型半导体电容器件在V_D>0V情形下的工作机制原理能带示意图；图中带乘号的小圆圈表示陷阱能级。

图4是本发明实施例中电子导电型半导体电容器件在V_D<0V情形的工作机制原理能带示意图；图中带乘号的小圆圈表示陷阱能级。

图5本发明实施例中电子导电型半导体电容器件充放电电流I_D示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

如图1所示，本发明电子导电型沟道基于陷阱控制的半导体电容器件的制备包括以下步骤：