[发明专利]基于绝缘层上硅衬底的单结晶体管及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于绝缘层上硅衬底的单结晶体管，包含绝缘层上硅衬底、第一基区、第二基区、发射区，以及第一基区金属接触、第二基区金属接触、发射区金属接触和背栅金属接触；所述绝缘层上硅衬底进一步包含衬底、氧化埋层和沟道，氧化埋层位于衬底和沟道之间。本发明中绝缘层上硅衬底通过引入绝缘层即氧化埋层将沟道与衬底隔绝，从而降低寄生电容和漏电效应。本发明所述单结晶体管建立绝缘层上硅衬底上，有助于提高器件的工作速度，降低漏电和工艺难度，同时还具有抗辐射、耐高温高压以及拓展单结晶体管功能等优点。

技术领域

本发明属于半导体器件技术领域，具体涉及一种基于绝缘层上硅衬底的单结晶体管及其制备方法。

背景技术

单结晶体管是1955年由通用电气公司发明的一种半导体晶体管器件，具有独特的工作机理和电学功能。单结晶体管建立在体硅的衬底上，具有三个电学接触端口，基本制备工艺为在长条形的N型衬底中间位置利用合金方法形成P型掺杂区域，P型掺杂区域与N型的衬底形成P-N结。N型长条衬底两端接上电极作为基区，而两个基区之间的P型掺杂区域则引出电极作为发射区使用。在单结晶体管器件工作时，两个基区之间接上恒定电压，从而使得中间的P-N结处于反偏截止状态。在P型的发射区加上逐步上升的偏压，当偏压超过反向截止电压时P-N结导通，导通后的P-N结会有大量的空穴注入N型区域中，从而降低N型区域中接地部分的电阻值，使得P-N结的正偏电压进一步升高，而P-N结正偏电压的升高又使得更多的空穴从P型发射区注入基区中，最终形成反馈循环，使得单结晶体管器件迅速导通。导通后，由于沟道层中的大量空穴，单结晶体管器件的截止电压变得很低，从而形成负电阻和回滞的特殊效应。由于单结晶体管的独特反馈工作机理，其电学具有导通特性陡峭，回滞窗口大且可控和负电阻特性明显等一系列的特征。

单结晶体管的特殊电学特性使其适用于构造振荡电路，构造的振荡电路具有电路结构简单、振荡稳定等优点。基于单结晶体管的振荡电路广泛应用于照明中的光强调节，机械系统中的电机驱动和速度调节，以及定时器、波形发生器和脉冲神经网络中。

发明内容

传统的单结晶体管基于体硅衬底建立，本发明对传统单结晶体管结构进行改进，提出了一种基于绝缘层上硅衬底(SOI)的单结晶体管及其制备方法。

本发明提出的基于绝缘层上硅衬底的单结晶体管包含：

绝缘层上硅衬底、第一基区、第二基区、发射区，以及第一基区金属接触，第二基区金属接触，发射区金属接触和背栅金属接触；

所述绝缘层上硅衬底进一步包含衬底、氧化埋层和沟道，氧化埋层位于衬底和沟道之间；

在沟道的两端分别设置第一型掺杂的第一基区和第二基区，在沟道中间位置处伸出的一端设置第二型掺杂的发射区；

或，在沟道的两端分别设置第一型掺杂的第一基区和第二型掺杂的发射区，在沟道中间位置处伸出的一端设置第一型掺杂的第二基区；

在第一基区至少部分外表面形成第一基区金属接触，在第二基区至少部分外表面形成第二基区金属接触，在发射区至少部分外表面形成发射区金属接触，在衬底至少部分外表面上形成背栅金属接触。

可选地，所述第一型掺杂为N型掺杂，第二型掺杂为P型掺杂；或所述第一型掺杂为P型掺杂，第二型掺杂为N型掺杂。

可选地，所述氧化埋层由绝缘材料制成，用来使衬底和沟道隔绝；所述衬底为不掺杂或者弱掺杂；氧化埋层厚度在10nm～1000nm之间；沟道层厚度在5nm～500nm之间。

可选地，所述衬底和沟道采用硅、锗、锗硅、氮化镓或铟镓砷半导体材料；所述氧化埋层采用二氧化硅、氧化铝或氧化铪绝缘材料。

可选地，所述第一基区和第二基区为重型掺杂，掺杂浓度为10¹⁹-10²¹cm^-3；