具有线源极和线漏极的晶体管

摘要

一种场效应晶体管，至少包括栅极(1)、绝缘体层(2)、漏极(3)、源极(4)、将所述源极(4)连接到所述漏极(3)的半导体材料(50)，所述栅极(1)和所述绝缘体层(2)每个都包围由所述源极(4)、所述漏极(3)以及所述半导体材料所构成的组件，所述绝缘体层(2)设置在所述栅极(1)和所述组件之间。所述漏极(3)和所述源极(4)分别由第一电导体和第二电导体构成，所述第一电导体和第二电导体以平行方式设置且彼此不相连接，所述半导体材料(50)层包围所述第一电导体和第二电导体的整个周界以及它们的至少一部分长度。

权利要求

1.一种场效应晶体管，至少包括：

芯部组件，所述芯部组件由漏极、源极、以及与所述源极和所述漏极二者相接触的半导体材料层构成；

绝缘体层，所述绝缘体层包覆所述芯部组件，以及

电导体层，所述电导体层形成栅极并包覆所述绝缘体层，其中，所述漏极和所述源极分别由分离的第一电导体和第二电导体构成，所述第一电导体和第二电导体以平行方式设置，所述半导体材料层包覆所述第一电导体和第二电导体的整个周界以及它们的至少一部分长度，所述半导体材料层填充所述第一电导体与所述第二电导体之间的间隙。

2.如权利要求1所述的场效应晶体管，其中，所述场效应晶体管的沟道长度(L)等于所述半导体层的厚度。

3.如权利要求1和2中的一项所述的场效应晶体管，其中，所述场效应晶体管的长度(L)在10纳米到1微米之间。

4.如权利要求1和2中的一项所述的场效应晶体管，其中，所述场效应晶体管的宽度(W)等于所述第一电导体或第二电导体的长度。

5.如权利要求1和2中的一项所述的场效应晶体管，其中，所述第一电导体和第二电导体呈圆柱形形状。

6.如权利要求1和2中的一项所述的场效应晶体管，其中，所述绝缘体层的厚度大于

100纳米。

说明书

具有线源极和线漏极的晶体管

技术领域

[0001] 本发明涉及场效应晶体管领域。

[0002] 更确切地，本发明涉及一种场效应晶体管，其至少包括栅极、绝缘体、漏极、源极，将源极与漏极分离的半导体材料，栅极和绝缘体每个都包围由源极、漏极和半导体材料构成的组件，绝缘体设置在栅极和所述组件之间。

背景技术

[0003] 晶体管的设计，特别是寻求最小化时，要考虑不同的标准，特别是所需的性能以及所使用的制造工艺。

[0004] 用于制造晶体管的工艺应当优选地精确而不昂贵。

[0005] 平面场效应晶体管的性能特别取决于连接晶体管的漏极和源极的导电沟道的几何形状。例如，以ID表示的漏极电流特别取决于沟道宽W与沟道长L之比(W/L)。获得较好的漏极电流ID的解决方案包括例如减小沟道的长度L以增大漏极与源极之间的场效应E，而无须在漏极和源极之间施加过大的电势VDS(E＝VDS/L)。

[0006] 此外，有可能出现与晶体管几何形状相关的不期望的效应，如边缘效应，并降低晶体管的性能。

[0007] 为满足这些要求，文献US 2005/0253134提出了一种具有圆柱形结构的“低栅极”晶体管，该圆柱形结构提供了较好的宽长比(W/L)并减弱了边缘效应。更确切地，根据一种可替代的现有技术，晶体管基于其上沉积有半导体层的光纤，光纤芯部是空的。漏极和源极关于光纤轴线对称地实现在半导体层的内周面上。如此形成的组件由绝缘层包围，之后在所述绝缘体的整个外周面上沉积形成栅极的层。

[0008] 虽然现有技术的解决方案能够通过利用晶体管沿光纤的长度而提供较好的宽长比，但该解决方案需要复杂而昂贵的制造工艺。

[0009] 在本文中，本发明提出了一种场效应晶体管，这种场效应晶体管具有与现有技术所提出的结构不同的结构，并且其能够以更加直接和更便宜的制造工艺来实现。

发明内容

[0010] 本发明的目的在于提供一种场效应晶体管，该场效应晶体管至少包括栅极、绝缘体层、漏极、源极、将源极连接到漏极的半导体材料，栅极和绝缘体层每个都包围由源极、漏极和半导体材料所构成的组件，绝缘体层设置在栅极和所述组件之间。

[0011] 根据本发明，漏极和源极分别由以平行方式设置且彼此不相连接的第一和第二电导体构成，半导体材料层包围第一和第二电导体的整个周界以及它们的至少一部分长度。

[0012] 换句话说，两个涂覆有半导体的电导体分别构成晶体管的漏极和源极。这两个电导体设置成彼此平行，间隔开导电沟道的长度。该组件嵌入到绝缘体中，构成栅极的导体包围该绝缘体。

[0013] 在该构造中，由位于两个导体之间的半导体的厚度所限定的晶体管的长度更加稳定并且可以非常纤细。

[0014] 有利地，晶体管的长度等于半导体层的厚度；该长度例如在10纳米到1微米之间。

[0015] 优选地，晶体管的宽度等于第一或第二导体的长度。

[0016] 根据一个实施方式，第一和第二导体呈圆柱形形状，且栅极也可以是圆柱形导体。

[0017] 该线或圆柱形结构的优势在于提供用于接收更大电荷的表面，从而提供更好的电性能。具体地，将收集邻近于漏极的所有电荷，而在平面结构中，仅在与源极和漏极相对的表面之间的区域中的电荷被收集。

[0018] 此外，由于源极平行于漏极而且漏极和源极没有突出部分，所以限制了边缘效应，并降低了沟道中的干扰，从而使沟道中具有连续性和电学均一性。

[0019] 另外，为了借助栅极电压VG获得对沟道电荷的良好控制，绝缘体的电容COX必须尽可能大，绝缘体的厚度EOX必须尽可能薄，并且构成绝缘体的材料的介电常数εOX必须尽可能大。例如，绝缘体的厚度可以大于100纳米。

附图说明

[0020] 从以下参照附图所进行的描述中——这些描述是出于提供信息的目的而非以任何方式限制，本发明的其它特性和优点将变得更加明显，在附图中：

[0021] 图1是根据一个本发明实施方式的构成晶体管的不同层的立体图；

[0022] 图2是图1的晶体管的分解图；

[0023] 图3是根据一个本发明实施方式的晶体管的横剖图；以及

[0024] 图4是将本发明晶体管结合到纺织结构中的示意图。

具体实施方式

[0025] 参照图1至3，根据一个本发明实施方式的场效应晶体管包括：

[0026] 第一电导体，其构成晶体管的漏极3，

[0027] 第二电导体，其构成晶体管的源极4，

[0028] 漏极3和源极4可以由基于金属或导电材料的线构成，例如直径为50微米的银线。

[0029] 晶体管还包括半导体层50，该半导体层具有10纳米到1微米之间的有利厚度，包围第一和第二导体的整个周界和至少一部分长度，第一和第二导体平行且不相连接。半导体层是有机型，如多晶聚合物，例如甲苯稀释的改性并五苯。

[0030] 晶体管还包括绝缘体层2以及金属层，绝缘体层具有大于100纳米的厚度，包围由源极4、漏极3以及半导体层50构成的组件；金属层构成晶体管的栅极1，包围绝缘体层2。然而，如果绝缘体的电强度非常高，则其厚度可以更小。

[0031] 绝缘体层可以由有机材料制成，如聚酰亚胺、聚苯乙烯、含氟聚合物、PVP(聚乙烯吡咯烷酮)、PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)等，且栅极1可以是基于金属或导电材料的圆柱形。

[0032] 所以，根据该构造，当晶体管在使用状态时，产生晶体管的导电沟道5，该导电沟道由位于第一和第二导体之间的半导体层构成，其长度L由位于两个导体之间的半导体层的厚度所限定，而其宽度W基本等于第一导体或第二导体的长度。所以，能够利用电导体的长度以及利用半导体层的厚度来获得较好的W/L比(宽度W较大而长度L较小)。

[0033] 还应该进一步考虑漏极的圆形形状：事实上，由于该特殊形状，沟道的宽度大于W，因为在漏极的整个周界而不只在与源极相对的部分中收集电荷。

[0034] 这样实现的晶体管的线或圆柱形结构具有以下优势：提供用于接收更大电荷的表面，从而提供更好的电性能。另外，由于漏极和源极是平行的，所以该沟道电学受限而且不会受到寄生效应——如边缘效应——的干扰。此外，由于漏极和源极没有突出部，如突角，所以使得边缘效应进一步最小化。

[0035] 本发明提出的晶体管不需要使用复杂而昂贵的微电子制造工艺，例如使用洁净室和光刻工艺。事实上，本发明的晶体管可以通过使用例如源于纺织领域的制造工艺而以低成本制造，因为能够通过印刷工艺，如接触印刷或喷墨印刷，或通过旋转涂覆而沉积所使用的有机材料，如聚合物。

[0036] 此外，其构造使其便于与相同类型的其它晶体管互连。为此，仅需要将导体之一伸长并将它们连接在一起，如图4所示。

[0037] 为此，漏极3的线在结构的一侧伸长，并通过单个导线13彼此连接。可以推出，源极4的线在结构的另一侧伸长，并通过单个导线14彼此连接。引用标记15用于表示分散设置在两个相邻的绝缘体之间的绝缘体线。由此可以看到本发明的晶体管结合在纺织结构中，示出了“被动”光纤和“主动”光纤。

[0038] 因此，本发明的晶体管可以用于非常低成本的场合，特别是用在如纺织工业中的寿命周期短的柔性基体的大表面区域上。