碳納米管電晶體及形成碳納米管器件的方法
2023-07-28 01:34:51
專利名稱：碳納米管電晶體及形成碳納米管器件的方法
技術領域：
本發明一般涉及碳納米管半導體器件，更具體地說，涉及碳納米管場效應電晶體，用於克服固有雙極特性並且允許調整閾值電壓，並且涉及結合這樣的電晶體的互補碳納米管器件。
背景技術：
碳納米管(即納米範圍的空心石墨管)依賴其幾何構型，能表現出金屬或半導體性質。最近幾年，提出使用如CNT場效應電晶體的(CNTFET)的半導體碳納米管(CNT)器件來克服矽半導體器件遇到的尺寸縮小的限制。另外，因為半導體CNT表現出高的跨導，對於互補器件如互補反相器是一種期望的特性，已經提出模仿互補金屬氧化物半導體(CMOS)技術的互補CNTFET電路。然而，做此事有兩個基本障礙。第一，因為在源極和漏極電極和CNT之間的結處形成肖特基勢壘接觸，CNT形成固有雙極FET。第二，因為CNTFET的閾值電壓(Vt)不容易通過如摻雜溝道的常規方式控制，所以要求一些方法以將閾值電壓調整到符合互補CNTFET的值。因此，提供CNTFET，更具體地說，提供結合碳納米管電晶體的互補CNT器件以克服固有雙極特性並且允許調整閾值電壓是有利的。
發明內容
根據上述，這裡公開的是碳納米管(CNT)技術，該技術克服了CNT場效應電晶體(FET)的固有雙極特性並且可選地允許獨立調整閾值。本發明的一個實施例提供穩定的p型CNTFET或穩定的n型CNTFET。本發明的另一個實施例提供互補CNT器件(例如，互補CNT反相器)，其結合了穩定的p型CNTFET和穩定的n型CNTFET兩種器件，如所述。
更具體地說，本發明的穩定的n型CNTFET或p型CNTFET的實施例包括至少一個碳納米管(CNT)，具有第一側面，第二側面和相對末端。為了說明目的，這裡使用單CNT描述本發明的CNTFET的實施例。然而，在附圖中預期並示出了本發明的CNTFET可以結合單CNT或多CNT。具體地，該CNT在溝道區域的任一側上(即在相對末端)具有中心溝道區域和源極漏極電極。源極/漏極電極與CNT的第一側面在相對末端接觸。CNTFET結構還包括第一柵極(即，前柵極)用於給CNT的溝道區域提供電勢以使CNTFET在導通或未導通狀態(即，將FET導通或斷開)，第二柵極(即，源極/漏極柵極)用於使CNT的相對末端的費米級到價帶或導帶以便將CNTFET配置為pFET或nFET，並且可選地，第三柵極(即，後柵極)用於給CNT的溝道區域提供預選電勢以調整CNTFET的閾值電壓。每個柵極(即，第一柵極，第二柵極和第三柵極)都包括柵極導體(例如，摻雜多晶矽，矽化鎢，或任何其它合適的導體材料)和柵極介質(例如二氧化矽或任何其它合適的介質材料)。
第一柵極位於在溝道區域上並且在源極/漏極電極之間的CNT的第一側面上。
第二柵極位於CNT的與源極/漏極電極相對的第二側面上。具體地，第二柵極位於CNT的每個末端。如上所述，調整第二柵極到預選(負或正)電壓以將CNTFET分別配置為pFET或nFET。例如，向CNT的源極/漏極電極提供負偏置(即，負電壓)可以通過使費米級到價帶並導致在源極/漏極電極下空穴佔優，促使CNT中產生大量空穴。最終的結構用作pFET。可選地，向CNT的源極/漏極電極提供正偏置(即正電壓)可以通過使費米級到導帶並導致在源極/漏極電極下電子佔優，促使CNT中產生大量電子。最終的結構用作nFET。形成第二柵極以便在CNT下的兩個第二柵極之間具有間隙(即介質填充空間)。在兩個源極/漏極柵極之間的間隙限定CNT區域，其不受第二柵極控制並且，因此，此間隙的尺寸限定CNTFET的溝道區域。另外，第一和第二柵極可以在一定程度上交迭(例如，第一柵極可以在間隙上對準並且在部分第二柵極上延伸)以便最優化碳納米管中的傳導。另外，在CNT的第一側面上的第一柵極和在CNT的第二側面上的第二柵極的相對位置最小化第二柵極和第一柵極之間的寄生電容並且還避免了第二柵極和源極/漏極電極之間的寄生電阻。
可選地，第三柵極可以位於在溝道區域之下的CNT的第二側面上。如上所述，第三柵極可以偏置到另外的預選電壓以調整CNTFET的閾值電壓。第三柵極可以位於比第二柵極更靠近CNT的地方，其程度不使在源極/漏極電極附近的CNT上的第二柵極的效應模糊。第三柵極還可以位於兩個第二柵極之間的間隙中，以便其到CNT的距離與第二柵極相同。然而，CNFET的驅動電流可以通過將第三柵極設置在間隙下最優化，這樣第三柵極的柵極介質比第一柵極和第二柵極的柵極介質厚。如果第三柵極在間隙下，那麼間隙的尺寸還限定第三柵極可以起作用的碳納米管的區域(即可以施加預選電勢以調整閾值電壓的區域)。
如上所述，本發明的另一個實施例提供互補CNT器件(例如互補反相器)，其結合了穩定的p型CNTFET和穩定的n型CNTFET，如上所述。更具體地說，互補CNT器件的實施例包括兩個電晶體(即，第一電晶體和第二電晶體)。第一和第二電晶體的每一個包括至少一個碳納米管(如上所述)，源極/漏極電極(如上所述)，第一柵極(如上所述)，第二柵極(如上所述)以及可選地，第三柵極(如上所述)。如本發明的CNTFET，為了說明目的，使用在第一和第二電晶體的每個中的單CNT描述本發明的互補CNT器件的實施例。然而，在附圖中預期並示出，本發明的CNTFET可以在第一和第二電晶體的每個中與單CNT或多CNT結合。相鄰電晶體(即，第一和第二電晶體)可以通過將電晶體的一個配置成n型CNTFET並且另一個配置成p型CNTFET結合成互補CNT器件(即互補CNT反相器)。具體地，通過第二柵極向第一電晶體的相對末端提供的正電壓將第一電晶體配置為穩定的n型電晶體(參見上述詳細討論)。通過第二柵極向第二電晶體的相對末端提供的負電壓將第二電晶體配置為穩定的p型電晶體(參見上述詳細討論)。另外，如果第三柵極位於第一和第二電晶體兩個的溝道區域下(如上所述)，第三柵極可以用於分別獨立調整在互補CNT器件中的n型和p型CNTFET的閾值電壓。
這裡還公開了形成本發明的CNTFET結構和互補CNT器件結構的方法。更具體地說，後面提供的方法步驟用於形成單CNTFET(p型或n型)或互補CNT器件(具有p型和n型CNTFET兩種)。
該方法包括形成至少一個電晶體，以便形成的每個電晶體(例如單電晶體或多個相鄰電晶體)都具有前柵極，源極/漏極柵極，和可選的後柵極。向前柵極提供預選電壓以便可以向CNT的溝道區域提供電勢，並且因此導通或斷開CNTFET。向源極/漏極柵極提供另一個預選電壓(預選負或正電壓)以便使CNT的相對末端的費米級到價帶或導帶並且因此將CNFET分別配置為pFET或nFET。可選地，向後柵極提供另外的預選電壓以便在溝道區域上提供預選電勢以獨立調整CNTFET的閾值電壓。使用常規方法形成每一個柵極結構(即前柵極，源極/漏極柵極和後柵極)，以便它們的每一個都包括與CNT相鄰的對應的柵極導體(例如摻雜多晶矽，矽化鎢，或其它合適的導體材料)和對應的柵極介質(例如二氧化矽，或其它合適的介質材料)。
更具體地說，通過可選地形成後柵極結構(例如，在襯底上的絕緣層上)形成至少一個電晶體。優選在後柵極上形成源極/漏極柵極並且通過間隙分開，以便後柵極在間隙下對準。形成具有相對末端和溝道區域的碳納米管，以便源極/漏極柵極在相對末端下對準並且以便間隙(並且因此，後柵極)在溝道區域下。本領域的技術人員將認識到，通過在後柵極上形成源極/漏極柵極，在後柵極和碳納米管之間形成的後柵極介質厚於在第二柵極和碳納米管之間的源極/漏極柵極介質，以最優化驅動電流。另外，在碳納米管上形成源極/漏極電極，以便它們與源極/漏極柵極相對的碳納米管的相對末端接觸。還在CNT上形成前柵極。具體地，在源極/漏極電極之間的溝道區域上形成前柵極。通過在間隙上對準前柵極並且在每個源極/漏極柵極的部分上延伸前柵極，可以最優化碳納米管中的傳導。通過分別向與源極/漏極電極相對的CNT的相對末端提供負電壓或正電壓，可以將至少一個電晶體配置成pFET或nFET。如果形成至少兩個相鄰電晶體，那些電晶體可以通過將兩個相鄰電晶體中的一個配置成穩定的p型電晶體而所述兩個相鄰電晶體中的另一個配置成穩定的n型電晶體合併成互補CNT反相器。
當結合後面的描述和附圖理解時，將會更好的理解和明白本發明的實施例的這些和其它方面。然而應該明白，雖然隨後的描述說明了本發明的優選實施例及其許多具體細節，但是這是以說明的方式而非限制的方式給出的。在不脫離其精神下可以改變並修正本發明的實施例的範圍，並且本發明包括所有這樣的修正。
從隨後參考附圖的詳細描述可以更好的理解本發明的實施例，其中圖1是CNT電晶體的截面圖；圖2是圖1的電晶體的平面圖；圖3是互補CNT器件的截面圖；圖4是圖3的互補CNT器件的平面圖；以及圖5示出了形成圖1和圖2的結構的方法的實施例的流程圖。
具體實施例方式
本發明的實施例通過參考在附圖中示出並且在隨後詳細描述的非限制性實施例，更全面地說明本發明的實施例及其各種特徵和有利的細節。應該注意，在附圖中示出的特徵沒必要按比例畫出。省略對公知部件和工藝技術的描述以不使本發明的實施例模糊。這裡使用的實例僅旨在促進實踐本發明的實施例的方法的理解並且進一步使本領域的技術人員實踐本發明的實施例。因此，不應該認為實例是對本發明的範圍的限制。
如上所述，提出使用如CNT場效應電晶體(CNTFET)的碳納米管(CNT)器件來克服矽半導體器件遇到的尺寸縮小的限制。另外，CNT表現出高跨導，對於互補器件(如，互補反相器)是期望的特性。因此，期望使用CNT以形成模仿互補金屬氧化物半導體(CMOS)技術的互補CNTFET電路。然而，做此事有兩個基本障礙。第一，因為在源極和漏極電極和CNT之間的結處形成肖特基勢壘接觸，CNT形成固有雙極FET。第二，因為CNTFET的閾值電壓(Vt)對n型FET為固有的負值，而對p型FET為固有的正值，要求一些方法以將閾值電壓調整到符合互補CNTFET的值。
已有少許現有技術方法旨在克服在CNTFET中的雙極特性。一種方法包括用有機分子摻雜CNT的源極/漏極區域的表面以便形成p型或n型FET。此方法在FET的形成期間要求附加工藝步驟並且不允許使用者利用此雙極特性。另一種方法包括在源極/漏極電極和前柵極之間的CNT的源極/漏極區域上引入源極/漏極柵極。向源極/漏極柵極施加預選電壓以在CNT的末端區域中形成電子層或空穴層，以便分別形成n型FET或p型FET。然而，因為電極和前柵極之間的空間有限，限制了這些源極/漏極柵極的尺寸。另外，在CNT上的源極/漏極柵極的位置在源極/漏極柵極和源極/漏極電極之間引起寄生電阻並且還在源極/漏極柵極和前柵極之間引起寄生電容。因此，有利的是提供改進的CNTFET，更具體地說，提供改進的互補CNT器件以克服固有雙極特性並且允許調整閾值電壓。
由於前面所述，這裡公開的是克服了CNT場效應電晶體(FET)的固有雙極特性並且可選地允許獨立閾值調整的碳納米管(CNT)技術。本發明的一個實施例提供穩定的p型CNTFET或穩定的n型CNTFET。本發明的另一個實施例提供互補CNT器件(例如互補CNT反相器)，其結合了穩定的p型CNTFET和穩定的n型CNTFET兩種器件。為了克服CNTFET的雙極特性並且獨立調整CNTFET的閾值電壓，本發明的結構使用「虛」源極/漏極柵極和後柵極，目的是描述完整集成的CNT技術(包括CNTFET和互補CNT器件)。具體地，在襯底上引入兩個柵極層以分別為每個CNTFET形成自對準虛源極/漏極(VSD)柵極和後柵極。在這兩個柵極層上引入CNT。在CNT上，形成源極/漏極接觸(即，源極/漏極電極)以便它們與CNT的末端接觸。最後，在CNT中的溝道區域上的兩電極之間形成前柵極(即有源柵極)。此方法將寄生電容和寄生電阻最小化。
更具體地說，圖1和2一起示出了在襯底103上的絕緣材料102(即單或多層氧化物或其它介質材料，包括淺溝道隔離結構和/或其它隔離結構)中的穩定的n型CNTFET或穩定的p型CNTFET 100的實施例。CNTFET 100包括至少一個碳納米管110(CNT)，具有第一側面117，第二側面118和相對末端111。為了說明目的，這裡使用單CNT描述CNTFET的實施例。然而，在圖2中預期並示出，本發明的CNTFET可以與單CNT或多CNT 110結合。具體地，CNT 110具有中心溝道區域113和在溝道區域113的任意一側上(即在相對末端111)的源極/漏極電極105。源極/漏極電極105與CNT 110的第一側面117在相對末端111處接觸。CNTFET結構100還包括第一柵極115(即前柵極)用於向CNT 110的溝道區域113提供電勢以導通或斷開CNTFET 100，第二柵極125(即源極/漏極柵極)用於向CNT 110的相對末端110提供預選費米勢以使CNTFET100成為pFET或nFET，以及可選的第三柵極135(即後柵極)用於向CNT 110的溝道區域113提供預選電勢以調整CNTFET 100的閾值電壓。每個柵極(即第一柵極115，第二柵極125，和第三柵極135)都包括在柵極介質(例如，二氧化矽或任何其它合適的介質材料)上與CNT 110相鄰的柵極導體(例如，摻雜多晶矽，矽化鎢，或任何其它合適的導體材料)。用於不同柵極的柵極導體和柵極介質可以包括相同或不同的導體和介質材料。每個柵極還可以包括柵極接觸(例如，第一柵極接觸116，第二柵極接觸126和第三柵極接觸136)，通過它們可以向對應的柵極提供電壓。
第一柵極115位於溝道區域113上的CNT 110的第一側面117上並且位於源極/漏極電極105之間。
第二柵極125位於與源極/漏極電極105相對的CNT 110的第二側面118上。具體地說，第二柵極125位於CNT 110的每個末端111處。如上所述，第二柵極125用於設置(即，調整)CNT 110的末端區域111的費米級到價帶或導帶，為了將CNFET 100分別配置為pFET或nFET。例如，向第二柵極125提供負偏置(即負電壓)可以通過使費米級到源極/漏極電極之下的價帶(即通過使在CNT的相對末端空穴佔優)使CNT 110中產生大量空穴。最終的結構用作pFET。可選地，如在圖1中所示，向第二柵極125提供正偏置(即正電壓)可以通過使費米級到源極/漏極電極之下的導帶(即通過使在CNT的相對末端電子佔優)使CNT 110中產生大量電子。最終的結構用作nFET。形成第二柵極125以便在兩個第二柵極125之間，在CNT 110下具有間隙128(即介質填充空間)。在兩個源極/漏極柵極125之間的間隙128限定CNT 110區域，其不受第二柵極125控制並且，因此，此間隙128的尺寸108限定CNTFET 110的溝道區域113。另外，第一柵極115和第二柵極125可以在一定程度上交迭(例如，第一柵極115可以在間隙128上對準並且在部分第二柵極125上延伸)以便最優化碳納米管110中的傳導性。另外，在CNT 110的第一側面117上的第一柵極115和在CNT 110的第二側面118上的第二柵極125的相對位置最小化第二柵極125和第一柵極115之間的寄生電容並且還避免了第二柵極125和源極/漏極電極105之間的寄生電阻。
可選地，第三柵極135可以位於CNT 110的第二側面118上，在溝道區域113之下。如上所述，向第三柵極135提供另外的預選電壓可以用於向CNT 110的溝道區域113提供預選電勢，為了獨立調整CNTFET 100的閾值電壓。第三柵極135可以位於比第二柵極125更靠近CNT 110，到達不使CNT 110的第二柵極125的效應模糊的程度。第三柵極135還可以位於兩個第二柵極125之間的間隙128中，以便到CNT 110的距離與第二柵極125相同。然而，CNFET 100的驅動電流可以通過將第三柵極135設置在間隙128下最優化，以使第三柵極的柵極介質(即後柵極介質107)分別比第一柵極115和第二柵極125的柵極介質114和106厚。如果第三柵極125在間隙128下，那麼間隙128的尺寸108還限定碳納米管110的區域109，其中第三柵極135可以起作用(即區域109，對其可以施加預選電勢以調整閾值電壓)。
圖3和圖4一起示出了互補CNT器件200的實施例(例如互補反相器)，其在襯底203上的絕緣材料202(例如氧化物)中結合了穩定的p型CNTFET 400和穩定的n型CNTFET 300，如上所述。更具體地說，互補CNT器件200包括兩個相鄰電晶體(即，第一電晶體300和第二電晶體400)。第一和第二電晶體300和400的每一個都包括至少一個碳納米管310，410(如上所述)，源極/漏極電極305，405(如上所述)，第一柵極315，415(如上所述)，第二柵極325，425(如上所述)以及可選地，第三柵極335，435(如上所述)。如本發明的CNTFET 100，為了說明目的，使用在第一和第二電晶體300，400的每個中的單CNT 310，410描述本發明的互補CNT器件200的實施例。然而，在圖4中預期並示出，本發明可以在第一和第二電晶體300，400的每個中結合單CNT 310，410或多CNT 310，410。相鄰電晶體(即，第一和第二電晶體300，400)可以通過調整相鄰電晶體的CNT中的費米級結合成互補CNT器件200(例如互補CNT反相器)以便將電晶體的一個配置成n型CNTFET 300並且另一個配置成p型CNTFET 400。具體地，向第二柵極325提供正電壓使第一電晶體300的相對末端311的費米級到導帶並且，因此將第一電晶體300配置成穩定的n型電晶體(參見上面的詳細討論)。向第二柵極425提供負電壓使第二電晶體400的相對末端411的費米級到價帶並且，因此將第二電晶體配置成穩定的p型電晶體(參見上面的詳細討論)。另外，如果第三柵極335，435位於第一和第二電晶體300，400兩個的溝道區域313，413之下(如上所述)，第三柵極335，435可以用於分別獨立調整在互補CNT器件200中的n型和p型CNTFET 300，400的閾值電壓。具體地，向第三柵極335，435提供另外的預選電壓可以用於向CNT的溝道區域提供預選電勢以便獨立調整CNTFET的閾值電壓。
圖5示出了形成圖1和圖2的p型和n型CNTFET結構100和圖3和圖4的互補CNT器件結構200的方法。更具體地說，後面提供的方法步驟用於形成單CNTFET100(p型或n型)或互補CNT器件200(具有p型400和n型300CNTFET兩種)。
該方法包括形成至少一個電晶體以便形成每個電晶體(例如單電晶體或多個相鄰電晶體)，都具有前柵極，源極/漏極柵極，和可選的後柵極(500)。形成前柵極(在工藝508中)以便可以向CNT的溝道區域提供電勢，以導通或斷開CNTFET。形成源極/漏極柵極(在下面討論的工藝504中)以便向源極/漏極柵極提供的預選偏置(例如預選正或負電壓)可以使CNT的相對末端的費米級到價帶或導帶，以將CNFET分別配置為pFET或nFET(在工藝512或514中)。可選地形成後柵極(在工藝502中)以便向後柵極提供的另外的預選電壓可以在溝道區域上提供預選電勢，以獨立調整CNTFET的閾值電壓(在工藝516中，參見下面的詳細討論)。使用常規方法形成每一個柵極結構(即前柵極，源極/漏極柵極和後柵極)，以便它們的每一個都包括與CNT相鄰在對應的柵極介質(例如二氧化矽，或其它合適的介質材料)上的對應柵極導體(例如摻雜多晶矽，矽化鎢，或其它合適的導體材料)。
更具體地說，通過可選地形成後柵極結構(例如，在襯底上的絕緣層上)形成至少一個電晶體(502)。優選在後柵極上形成源極/漏極柵極並且通過間隙分開，以便後柵極在間隙下對準(504)。形成具有相對末端和溝道區域的碳納米管，以便源極/漏極柵極在相對末端下對準，並且以便間隙(並且因此，後柵極)在溝道區域下(506)。本領域的技術人員將認識到，通過在後柵極上形成源極/漏極柵極，在後柵極和碳納米管之間形成的後柵極介質厚於在第二柵極和碳納米管之間的源極/漏極柵極介質，以最優化驅動電流。在碳納米管上形成源極/漏極電極，以便它們與源極/漏極柵極相對的相對末端接觸(510)。還在CNT上形成前柵極(508)。具體地，在源極/漏極電極之間的溝道區域上形成前柵極。通過在間隙上對準前柵極並且在每個源極/漏極柵極的部分上延伸前柵極，在碳納米管中的傳導可以最優化(509)。通過分別向源極/漏極電極提供負電壓或正電壓，至少一個電晶體可以配置成pFET或nFET。如果形成至少兩個相鄰電晶體，那些電晶體可以通過將兩個相鄰電晶體中的一個配置成穩定p型電晶體而所述兩個相鄰電晶體中的另一個配置成穩定n型電晶體合併成互補CNT反相器(514)。一旦形成單CNTFET(在工藝512中)或形成具有多個CNTFET的互補CNT器件(在工藝514中)，可以向後柵極提供另外的預選電壓以獨立調整每個CNTFET的閾值電壓(516)。具體地，可以調整後柵極電壓以便當前柵極電壓與源極電壓相同時溝道區域的電勢導致很少的自由電子或空穴，但是對n型CNTFET當前柵極電壓相對於源極電壓高於(正值)閾值電壓時導致大量電子，或對p型CNTFET當前柵極電壓相對於源極電壓低於(負值)閾值電壓時導致大量空穴。對於互補CNTFET操作，p型和n型CNTFET的閾值電壓的絕對值每個都小於用於操作互補CNTFET電路的電源電壓，p型閾值電壓小於零並且n型閾值電壓大於零。
因此，上面公開的是CNT技術，其克服了CNTFET的固有雙極特性並且可選地允許獨立調整閾值。本發明的一個實施例提供穩定的p型CNTFET或穩定的n型CNTFET。本發明的另一個實施例提供互補CNT器件。為了克服了CNTFET的雙極特性，在源極/漏極相對的CNT下引入源極/漏極柵極。源極/漏極柵極用於將CNT的末端的費米級設置到導帶或價帶以便將FET分別配置成n型或p型CNTFET。配置為一個是n型CNTFET而另一個是p型CNTFET的兩個相鄰FET可以結合成一個互補CNT器件。為了獨立調整單個CNTFET的閾值電壓，還可以在CNT下具體是在前柵極相對的CNT的溝道區域下引入後柵極。這些CNTFET表現出最小的寄生電容和電阻並且，因此可以結合成使用很小功率而提供很高速度的高密度互補電路。另外，根據工藝，環境或其它變量調整CNTFET的閾值電壓的能力提高了電路產量。最後，與本發明的CNTFET相關的製造成本比那些與現有技術相關的製造成本低，因為省略了摻雜源極和漏極區域的步驟並增加了可獲得的電路密度。
前面具體實施例的描述將全面揭示本發明的一般屬性，其它人可以通過提供當前知識容易地修改和/或改變用於不同的應用的這樣的具體實施例，而不脫離一般的概念，並且因此，這樣的改變和修改應該並旨在包括在公開的實施例的等同範圍和意義中。應該明白這裡使用的措詞或術語是為了說明目的而不是限制。因此，雖然本發明根據優選實施例進行了描述，本領域的技術人員應該認識到本發明可以利用在附加權利要求的精神和範圍內的修改實施。
權利要求
1.一種碳納米管電晶體，包括至少一個碳納米管，具有第一側面，第二側面和相對末端並且包括在所述相對末端之間的溝道區域；源極/漏極電極，在所述第一側面上，與所述相對末端接觸；第一柵極，在所述源極/漏極電極之間的所述溝道區域上的所述第一側面上；以及第二柵極，在與所述源極/漏極電極相對的所述第二側面上，其中向所述第二柵極提供的預選電壓將所述碳納米管電晶體配置為p型電晶體和n型電晶體中的一個。
2.根據權利要求1的碳納米管電晶體，還包括在所述第二柵極之間的間隙，其限定在所述碳納米管中的所述溝道區域的尺寸。
3.根據權利要求1的碳納米管電晶體，還包括在所述第二柵極之間的間隙，其中所述第一柵極在所述間隙上對準並且在所述第二柵極上交迭以最優化在所述碳納米管中的傳導。
4.根據權利要求1的碳納米管電晶體，其中所述第一側面上的所述第一柵極和所述第二側面上的所述第二柵極的相對位置最小化所述第二柵極和所述第一柵極之間的寄生電容並且避免了所述第二柵極和所述源極/漏極電極之間的寄生電阻。
5.一種碳納米管電晶體，包括至少一個碳納米管，具有第一側面，第二側面和相對末端並且包括在所述相對末端之間的溝道區域；源極/漏極電極，在所述第一側面上，與所述相對末端接觸；第一柵極，在所述源極/漏極電極之間的所述溝道區域上的所述第一側面上；以及第二柵極，在與所述源極/漏極電極相對的所述第二側面上；以及第三柵極，在所述溝道區域下的所述第二側面上，其中向所述第二柵極提供的預選電壓將所述碳納米管電晶體配置為p型電晶體和n型電晶體中的一個，以及其中向所述第三柵極提供的另外的預選電壓調整所述碳納米管電晶體的閾值電壓。
6.根據權利要求5的碳納米管電晶體，還包括在所述第二柵極之間的間隙，其限定在所述碳納米管中的所述溝道區域的尺寸。
7.根據權利要求5的碳納米管電晶體，還包括在所述第二柵極之間的間隙，其中所述第三柵極在所述間隙下對準。
8.根據權利要求5的碳納米管電晶體，其中所述第一柵極，所述第二柵極和所述第三柵極的每一個包括柵極介質，其中所述第三柵極的所述柵極介質比所述第一柵極和所述第二柵極的所述柵極介質厚以最優化驅動電流。
9.根據權利要求5的碳納米管電晶體，還包括在所述第二柵極之間的間隙，其中所述第一柵極在所述間隙上對準並且在所述第二柵極上交迭以最優化在所述碳納米管中的傳導。
10.根據權利要求5的碳納米管電晶體，其中所述第一側面上的所述第一柵極和所述第二側面上的所述第二柵極的相對位置最小化所述第二柵極和所述第一柵極之間的寄生電容並且避免了所述第二柵極和所述源極/漏極電極之間的寄生電阻。
11.一種互補碳納米管器件，包括第一電晶體；以及第二電晶體，與所述第一電晶體電連接，其中所述第一電晶體和所述第二電晶體的每一個包括至少一個碳納米管，具有第一側面，第二側面和相對末端並且包括在所述相對末端之間的溝道區域；源極/漏極電極，在所述第一側面上，與所述相對末端接觸；第一柵極，在所述源極/漏極電極之間的所述溝道區域上的所述第一側面上；以及第二柵極，在與所述源極/漏極電極相對的所述第二側面上，其中向所述第一電晶體的所述第二柵極提供的正電壓將所述第一電晶體配置為n型電晶體，以及其中向所述第二電晶體的所述第二柵極提供的負電壓將所述第二電晶體配置為p型電晶體。
12.根據權利要求11的互補碳納米管器件，其中所述第一電晶體和所述第二電晶體的每一個還包括在所述第二柵極之間的間隙，其限定在所述碳納米管中的所述溝道區域。
13.根據權利要求11的互補碳納米管器件，其中所述第一電晶體和所述第二電晶體的每一個還包括在所述第二柵極之間的間隙，其中所述第一柵極在所述間隙上對準並且在所述第二柵極上交迭以最優化在所述碳納米管中的傳導。
14.根據權利要求11的互補碳納米管器件，其中對於所述第一電晶體和所述第二電晶體的每一個，所述第一側面上的所述第一柵極和所述第二側面上的所述第二柵極的相對位置最小化所述第二柵極和所述第一柵極之間的寄生電容並且避免了所述第二柵極和所述源極/漏極電極之間的寄生電阻。
15.根據權利要求11的互補碳納米管器件，其中所述第一電晶體和所述第二電晶體的每一個包括在所述溝道區域下的所述第二側面上的第三柵極以允許獨立調整閾值電壓。
16.一種形成碳納米管器件的方法，包括如下步驟形成至少一個電晶體，其中每個電晶體通過如下步驟形成在襯底中形成源極/漏極柵極以便所述源極/漏極柵極分開一間隙；在所述源極/漏極柵極上形成具有相對末端和溝道區域的碳納米管，以便所述源極/漏極柵極在所述相對末端下對準並且所述間隙在所述溝道區域下；在所述溝道區域上形成前柵極；以及在所述碳納米管的所述相對末端上並與其接觸形成源極/漏極電極；以及通過向所述源極/漏極柵極分別提供負電壓和正電壓中的一個，將所述至少一個電晶體配置為p型電晶體和n型電晶體中的一個。
17.根據權利要求16的方法，還包括通過限定所述間隙的尺寸限定所述溝道區域的尺寸。
18.根據權利要求16的方法，還包括在所述形成所述源極/漏極柵極的步驟之前形成後柵極，以便所述後柵極在所述溝道區域下對準；以及使用所述後柵極以調整所述碳納米管電晶體的閾值電壓。
19.根據權利要求18的方法，其中所述形成所述源極/漏極柵極的步驟還包括在所述後柵極上形成所述源極/漏極柵極，以便在所述後柵極和所述碳納米管之間的後柵極介質比在所述第二柵極和所述碳納米管之間的源極/漏極柵極介質厚，以最優化驅動電流。
20.根據權利要求19的方法，還包括通過限定所述間隙的尺寸限定所述碳納米管的區域，其中所述後柵極可以起作用。
21.根據權利要求16的方法，其中所述形成所述前柵極的步驟還包括在所述間隙上對準前柵極並且在每個所述源極/漏極柵極的部分上延伸所述前柵極以最優化在所述碳納米管中的傳導。
22.根據權利要求16的方法，其中所述形成所述至少一個電晶體的步驟包括同時形成兩個相鄰電晶體，並且其中所述方法還包括通過將所述兩個相鄰電晶體中的一個配置成p型電晶體並將所述兩個中的另一個配置成n型電晶體形成互補碳納米管反相器。
全文摘要
本發明公開了一種CNT技術，此技術克服了CNTFET的固有雙極特性。本發明的一個實施例提供穩定的p型CNTFET或穩定的n型CNTFET。本發明的另一個實施例提供互補CNT器件。為了克服CNTFET的雙極特性，在與源極/漏極電極相對的CNT下引入源極/漏極柵極。這些源極/漏極柵極用於向CNT的末端提供正或負電壓以將對應的FET分別配置為n型或p型CNTFET。配置一個為n型CNTFET而另一個為p型CNTFET的兩個相鄰CNTFET可以結合成互補CNT器件。為了獨立調整單個CNTFET的閾值電壓，還可以在CNT下，具體地，在與前柵極相對的CNT的溝道區域下引入後柵極。此方法將寄生電容和寄生電阻最小化。
文檔編號H01L21/8238GK1964074SQ20061014448
公開日2007年5月16日 申請日期2006年11月8日 優先權日2005年11月10日
發明者E·J·諾瓦克, 陳佳 申請人:國際商業機器公司