[发明专利]一种场发射晶体管的制备方法、场发射晶体管及设备

说明书

本发明涉及半导体器件领域，特别涉及一种场发射晶体管的制备方法、场发射晶体管及设备，包括：制备基础层；其中，所述基础层上设有栅极；在所述基础层上沉积导电层；在所述导电层的两端沉积源极和漏极；刻蚀所述导电层，得到发射尖端；其中，所述刻蚀采用的方法为聚焦离子束刻蚀。本申请所述的场发射晶体管的制备方法，可实现阵列式的发射尖端，有利于提高整体发射电流和电流稳定性。且经过聚焦离子束刻蚀可以形成更小的发射尖端，局部电场增强作用更好。

技术领域

本发明涉及半导体器件领域，特别涉及一种场发射晶体管的制备方法、场发射晶体管及设备。

背景技术

场发射晶体管是真空管技术、半导体技术和纳米技术融合产生的一种新类型晶体管，因其响应速度快、耐高温、抗辐射的特性，在航空航天、深海探测等极端环境中具有极大应用潜力，并有望应用在太赫兹(Tera Hertz，THz)技术领域。

在场发射晶体管中，在阴极表面施加一个足够强的电场(通常在10⁷V/cm以上)，这个电场使阴极电子和真空能级之间的势垒降低、变窄，电子通过隧穿机制进入真空的概率显著提升，在阴极-阳极之间形成场致发射电流。另外，通过调控栅极电压可调控阴阳极之间电流的通断。为降低场发射所需电压，场发射晶体管中阴极、阳极、栅极之间的距离应尽可能小，并锐化阴极形状，以增强局部电场，这对场发射晶体管在低功耗领域的应用具有重要意义。

现有技术已实现了竖直电子发射沟道的场发射晶体管，但这些结构中的发射体为均匀发射体，不具备局部电场增强作用，且竖直的电子发射通道不利于场发射晶体管与其它器件的集成制造。横向发射通道更利于场发射晶体管的集成，目前已通过等离子刻蚀、电子束曝光、聚焦离子束刻蚀等技术实现了具有单个发射尖端的横向场发射晶体管，然而单个发射体在发射过程中易损毁，限制了晶体管可通过的最大电流。因此，需要设计一种新的工艺来制备具有横向电子发射通道和阵列式发射体的场发射晶体管。

发明内容

本发明要解决的技术问题是现有的场发射晶体管制备方法不能实现阵列式的发射尖端的问题。

为解决上述技术问题，第一方面，本申请实施例公开了一种场发射晶体管的制备方法，包括：

制备基础层；其中，所述基础层上设有栅极；

在所述基础层上沉积导电层；

在所述导电层的两端沉积源极和漏极；

刻蚀所述导电层，得到发射尖端；

其中，所述刻蚀采用的方法为聚焦离子束刻蚀。

进一步的，所述刻蚀所述导电层，得到发射尖端，包括：设置刻蚀厚度，将所述导电层刻蚀为第一导电区和第二导电区，所述第一导电区和所述第二导电区之间形成有电子通道，所述第一导电区和所述第二导电区不接触。

进一步的，所述刻蚀所述导电层，得到发射尖端，还包括：设置刻蚀图形，在所述第一导电区形成多个第一发射尖端，且所述多个第一发射尖端位于靠近所述电子通道的侧面；

在所述第二导电区形成多个第二发射尖端，且所述多个第二发射尖端位于靠近所述电子通道的侧面；

所述多个第一发射尖端与所述多个第二发射尖端的位置一一对应。

进一步的，任一所述第一发射尖端至与所述第一发射尖端相对应的第二发射尖端之间的距离为一固定值。

进一步的，所述固定值的范围为1nm-1000nm。

进一步的，所述制备基础层，包括：在衬底层上沉积绝缘层，并图形化所述绝缘层。

进一步的，所述制备基础层，还包括：将离子注入所述衬底层的部分区域形成离子注入区，并在所述离子注入区沉积出栅极。