[发明专利]非晶态金属热电子晶体管

说明书

非晶多组分金属膜可以被用于改善电子装置(诸如电阻器、二极管和薄膜晶体管)的性能。具有共面发射极和基极电极的非晶态热电子晶体管(HET)提供优于现有垂直HET结构的电气特性和性能优点。所述晶体管的发射极和基极端子都形成在非晶态非线性电阻器的上晶体金属层中。发射极和基极彼此相邻并被间隙隔开。间隙的存在在晶体金属层与非晶态金属层之间引起双向福勒诺德海姆(Fowler‑Nordheim)隧穿和对称I‑V性能。同时，在相同层中形成所述发射极和基极端子通过减少图案化步骤的数量简化了HET制造过程。

【技术领域】

本公开涉及微电子装置，这种微电子装置包括具有一层或多层非晶态金属膜的三端子装置。

【背景技术】

非晶态金属是其原子结构缺少表征晶体材料的长期周期性的刚性固体材料。在非晶态金属中，晶体面的形成被抑制，例如，通过合并两个或多个组分。具有四种组分(锆、铜、铝和镍)的非晶态金属的示例是Zr₅₅Cu₃₀Al₁₀Ni₅，如美国专利第8,436,337号所描述的。非晶态金属可以由它们的电阻率测量值来识别，电阻率测量值已经表明：当非晶态金属材料仍然导电时，其电阻率大约比其晶体对应物大10倍。非晶态金属还具有比晶体金属更平滑的表面，如通过均方根(RMS)表面粗糙度测量值所指示的。

厚度在10nm至200nm范围内的非晶态多组分金属膜(AMMF)可以用于改善电子部件(诸如电阻器、二极管和薄膜晶体管)的性能。许多本领域熟知的沉积技术可以用于形成AMMF。例如，上述示例性非晶态金属Zr₅₅Cu₃₀Al₁₀Ni₅是AMMF，并且其可以使用四种不同的金属靶材通过常规溅射沉积而形成在衬底上。本薄膜领域的技术人员可以理解的是，AMMF的接口特性优于晶体金属膜的接口特性，并且因此在AMMF与氧化物膜的接口处的电场更加均匀。

例如，这种均匀性已经针对展现福勒诺德海姆(Fowler-Nordheim)隧穿的金属-绝缘体-金属(MIM)二极管和晶体管产生了优越的电流-电压(I-V)特性曲线。隧穿MIM二极管包含AMMF作为下电极以及晶体金属膜作为上电极。这两个不同的电极由单个介电阻挡层隔开，该介电阻挡层为电荷载体提供隧穿通路以便在电极之间移动。该单个介电阻挡层的存在造成取决于所施加的电压的极性的电流响应。这种电流响应可以被称为单向隧穿，因为在特定电压下装置中的电荷载体只在一个方向上隧穿。即，根据所施加的电压的极性，隧穿要么发生为从下电极到上电极，要么发生为从上电极到下电极。

美国专利第8,436,337号和第8,822,978号中讨论了AMMF的各种二极管和晶体管应用。美国专利第9,099,230号和PCT专利申请第WO2014/074360号中讨论了具有优于现有薄膜非线性电阻器的性能的非晶态金属薄膜非线性电阻器(AMNR)。这种AMNR之所以受到关注，部分原因是它们的电流响应与所施加的电压的极性无关，而其它薄膜电阻器则不是这样。这种极性独立性是由于存在两个介电阻挡层，其中，每个阻挡层处的电荷载体被强制沿实质上相反的方向上隧穿。AMNR可以被描述为展现出双向隧穿，因为，响应于所施加的电压，装置中的电荷载体在跨接阻挡层的两个方向上隧穿。即，隧穿发生为从上电极到下电极和从下电极到上电极，不论所施加的电压的极性如何。这种极性对称的AMNR可以在液晶显示器(LCD)或有机发光二极管(OLED)显示技术和电磁传感器阵列中提供改进的信号控制。

【发明内容】

本公开涉及形成在支撑衬底(不一定是半导体衬底)上的有源电子设备。