[go: up one dir, main page]

DE1297236B - Verfahren zum Einstellen der Steilheit von Feldeffekttransistoren - Google Patents

Verfahren zum Einstellen der Steilheit von Feldeffekttransistoren

Info

Publication number
DE1297236B
DE1297236B DEI27177A DEI0027177A DE1297236B DE 1297236 B DE1297236 B DE 1297236B DE I27177 A DEI27177 A DE I27177A DE I0027177 A DEI0027177 A DE I0027177A DE 1297236 B DE1297236 B DE 1297236B
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
semiconductor material
doping
channel zone
active layer
carrier
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DEI27177A
Other languages
English (en)
Inventor
Pennebaker William Boone
Miksic Mark George
Haering Rudolph Roland
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
International Business Machines Corp
Original Assignee
International Business Machines Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by International Business Machines Corp filed Critical International Business Machines Corp
Publication of DE1297236B publication Critical patent/DE1297236B/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D30/00—Field-effect transistors [FET]
    • H10D30/60—Insulated-gate field-effect transistors [IGFET]
    • H10D30/67—Thin-film transistors [TFT]
    • H10D30/674—Thin-film transistors [TFT] characterised by the active materials
    • H10D30/675—Group III-V materials, Group II-VI materials, Group IV-VI materials, selenium or tellurium
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02367—Substrates
    • H01L21/0237—Materials
    • H01L21/02422—Non-crystalline insulating materials, e.g. glass, polymers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02521—Materials
    • H01L21/02551—Group 12/16 materials
    • H01L21/02557—Sulfides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02612—Formation types
    • H01L21/02617—Deposition types
    • H01L21/02631—Physical deposition at reduced pressure, e.g. MBE, sputtering, evaporation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02612—Formation types
    • H01L21/02617—Deposition types
    • H01L21/02636—Selective deposition, e.g. simultaneous growth of mono- and non-monocrystalline semiconductor materials
    • H01L21/02639—Preparation of substrate for selective deposition
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D30/00—Field-effect transistors [FET]
    • H10D30/60—Insulated-gate field-effect transistors [IGFET]
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D84/00—Integrated devices formed in or on semiconductor substrates that comprise only semiconducting layers, e.g. on Si wafers or on GaAs-on-Si wafers
    • H10D84/80—Integrated devices formed in or on semiconductor substrates that comprise only semiconducting layers, e.g. on Si wafers or on GaAs-on-Si wafers characterised by the integration of at least one component covered by groups H10D12/00 or H10D30/00, e.g. integration of IGFETs
    • H10D84/82—Integrated devices formed in or on semiconductor substrates that comprise only semiconducting layers, e.g. on Si wafers or on GaAs-on-Si wafers characterised by the integration of at least one component covered by groups H10D12/00 or H10D30/00, e.g. integration of IGFETs of only field-effect components
    • H10D84/83—Integrated devices formed in or on semiconductor substrates that comprise only semiconducting layers, e.g. on Si wafers or on GaAs-on-Si wafers characterised by the integration of at least one component covered by groups H10D12/00 or H10D30/00, e.g. integration of IGFETs of only field-effect components of only insulated-gate FETs [IGFET]
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S148/00—Metal treatment
    • Y10S148/053—Field effect transistors fets
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S148/00—Metal treatment
    • Y10S148/064—Gp II-VI compounds
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S148/00—Metal treatment
    • Y10S148/15—Silicon on sapphire SOS
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S148/00—Metal treatment
    • Y10S148/158—Sputtering
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S148/00—Metal treatment
    • Y10S148/169—Vacuum deposition, e.g. including molecular beam epitaxy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S252/00—Compositions
    • Y10S252/95—Doping agent source material
    • Y10S252/951—Doping agent source material for vapor transport
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S438/00—Semiconductor device manufacturing: process
    • Y10S438/909—Controlled atmosphere

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Thin Film Transistor (AREA)
  • Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einstellen der Steilheit der Strom-Spannungs-Kennlinie von Feldeffekttransistoren.
Wegen der zunehmenden Kompliziertheit der heutigen elektronischen Systeme und der hohen Herstellungskosten bemüht man sich stark um die Entwicklung von neuen Festkörperbauelementen, die für eine Serienfertigung geeignet sind. Unter Serienfertigung ist zu verstehen, daß sowohl die aktiven Komponenten als auch die elektrischen Verbindungen zwischen diesen zur Bildung einer Schaltungsanordnung gleichzeitig auf einer einzigen Trägeroberfläche hergestellt werden. Ein neues Festkörperbauelement ist in der wissenschaftlichen Literatur beschrieben, beispielsweise in der Arbeit von P. K. Weimer, »The TFT-A New Thin-Film Transistor«, Proceedings of the IRE, Juni 1962. Die Arbeitsweise dieser neuen Festkörperbauelemente, die als Feldeffektoder Feldsteuerungstransistoren beschrieben werden können, ähnelt sehr derjenigen einer üblichen Vakuumtriode, da der Arbeitsstrom nur von Majoritätsträgern getragen wird. Das genannte Halbleiterbauelement unterscheidet sich von dem üblichen »Feldeffekttransistor«, wie er beispielsweise von W. Shockley, »A Unipolar Field Effect Transistor«, Proceedings of the IRE, S. 1365 bis 1376, November 1962, beschrieben ist, darin, daß eine Metallelektrode mittels einer dünnen dielektrischen Trennschicht über der Kanalzone des Transistors angebracht ist, während bei dem üblichen Feldeffekttransistor ein in Sperrichtung vorgespannter pn-übergang die Steuerelektrode bildet.
Der von W eimer beschriebene Dünnschichttransistor besitzt eine enge Kanalzone aus einem Halbleitermaterial, das eine breite verbotene Zone bzw. einen breiten Abstand zwischen dem Valenzband und dem Leitungsband hat und welche zwischen der Quellen- und der Senkenelektrode angeordnet ist; zusätzlich ist eine Steuerelektrode, die vom Halbleiter weise bevorzugt, so daß eine direkte Koppelung zwischen aufeinanderfolgenden Dünnschichttransistorstufen möglich ist. Im allgemeinen arbeiten die durch Dampfabscheidung hergestellten Dünnschichttransistoren ohne besondere Behandlung der Kanalzone in der Verarmungsbetriebsweise.
Der Verstärkungsmechanismus von Dünnschichttransistoren beruht auf der Modulation der Majoritätsträgervolumendichte in der Kanalzone durch
ίο elektrische Felder, die durch die Vorspannung der Steuerelektrode bewirkt wird. Wenn die Steuerelektrode vorgespannt wird, werden Majoritätsträger aus der Quellen- und der Senkenelektrode in die Kanalzone gezogen, wodurch die Trägerkonzentration und daher die Leitfähigkeit an der Oberfläche der Aktivschicht zunimmt. Der Modulationswirkungsgrad eines Dünnschichttransistors für eine konstante Steuerelektrodenkapazität kann durch das Verhältnis
ΔαΙσ = Δ nclnc + Δ μ/μ
definiert werden, worin σ die Leitfähigkeit des Materials der Kanalzone, n0 die Dichte der beweglichen Majoritätsträger je Flächeneinheit der Kanalzonenoberfläche, μ die Beweglichkeit der Majoritätsträger und die /!-Ausdrücke die Änderung dieser Größen pro Einheit der Steuervorspannung darstellen. Um einen Betrieb nach der Anreicherungsbetriebsweise zu ermöglichen, sollte das Verhältnis An0In0 viel größer sein als die Einheit, die Restträgerdichte nc kann zur Verbesserung dieses Verhältnisses herabgesetzt werden, indem die Kanalzone aus Halbleitermaterial mit breiter verbotener Zone gebildet wird. Außerdem wird dieses Verhältnis verbessert, wenn die Änderung der Trägerdichte A nc entsprechend er-
höht wird. Die Steilheit gm des Dünnschichttransistors, die als dIsdldVg definiert ist, worin Isd der Arbeitsstrom und Vg die Steuerelektrodenspannung sind, kann als Funktion der Änderung der Trägerdichte A n0 definiert werden. Die Wichtigkeit dieser
oder der Aktivschicht durch eine dünne dielektrische 40 Feststellung wird klar, wenn man berücksichtigt, daß Schicht isoliert ist, in Fluchtung zur Kanalzone ange- die Größe Δ n0 die erhöhte Anzahl von Majoritäts-Einheit der Steuerelektrodenvorspan-
bracht. Der Fluß der Majoritätsträger durch die Kanalzone zwischen der Quellen- und Senkenelektrode wird durch Vorspannungen moduliert, die an die Steuerelektrode angelegt sind. Die Steuerelektrode und die Kanalzone bilden einen Kondensator, so daß die Trägerkonzentration in der Kanalzone eine Funktion der Spannung an der Steuerelektrode ist. Da die Kanalzone polykristallin sein kann, können Dünnschichttransistoren und elektrisch leitende Muster zur Bildung besonderer Schaltungen durch übliche Aufdampfverfahren auf einen einzelnen Träger hergestellt werden.
Dünnschichttransistoren arbeiten entweder im Verarmungs- oder im Anreicherungsbetrieb. Die Verarmungsbetriebsweise unterscheidet sich darin, daß man einen brauchbaren von der Quellenelektrode zur Senkenelektrode durch die Kanalzone fließenden Strom bei negativer oder verschwindender Steuervorträgern pro Einheit der
nungsänderung im Leitfähigkeitsband an der Grenzfläche zwischen aktiver Schicht und Isolierschicht anzeigt.
Der Leitungsmechanismus in einem Feldeffekttransistor ist bekanntlich in erster Linie ein Oberflächenmechanismus, da der Ladungsträgerfluß zwischen der Quellen- und der Senkenelektrode entlang eines dünnen, schmalen Oberflächenbereiches des Halbleiterplättchens an der Fläche zwischen Halbleiter und Isolator bewirkt wird. Die Dichte der Donatoroberflächenzustände auf der Halbleiteroberfläche ist
erster Linie bestimmend für die Betriebsdaten des 55 Feldeffekttransistors. In der Halbleitertechnik wurden zahlreiche Versuche unternommen, die Dichte der Donatoroberflächenzustände auf der Siliciumoberfläche entlang der Kanalzone und damit die Eigenschaften, insbesondere die Steilheit der Stromspannung erhält; umgekehrt erhält man einen brauch- 60 Spannungs-Kennlinie von Feldeffekttransistoren in baren Arbeitsstrom bei der Anreicherungsbetriebs- definierter Weise zu beeinflussen. Zu diesen Verweise nur bei positiver Steuervorspannung. Da die suchen gehörten z. B. Wärmebehandlungen zwischen Steuerelektrode von der Kanalzone isoliert ist, kann 100 und 150° C, die nur geringfügige Abänderungen sie sowohl für eine Anreicherungsbetriebsweise als bewirkten, aber keine definierte Festlegung der Be-
auch für eine Verarmungsbetriebsweise vorgespannt werden, wobei ein merklicher Steuerstrom nicht erforderlich ist. Für die Mehrzahl der Schaltungsanwendungen wird jedoch die Anreicherungsbetriebs- triebsdaten der Feldeffekttransistoren ermöglichten. Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, welches es gestattet, die Steilheit gm der Strom-Spannungs-Kenn-
linie eines dünnschichtigen Feldeffekttransistors einzustellen. Diese Einstellung soll während des Fabrikationsvorganges der Transistoren möglich sein.
Die genannte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die in der aktiven Kanalzone vorhandenen Fangstellenniveaus durch Dotieren mittels eines an sich bekannten Verfahrens kompensiert werden und daß hierbei die Dotierungskonzentration insgesamt so gewählt wird, daß das Ferminiveau noch oberhalb des Energieniveaus der Fangstellen liegt, derart, daß die relative Änderung der Restträgerdichte dnjnc bzw. der Leitfähigkeit dato einen maximalen Wert annimmt.
Eine definierte Einstellung der Steilheit wird somit durch eine geeignete Steuerung oder Einstellung der Fangstellen oder Verunreinigungsstellen erreicht, die in die aktive Kanalzone des Dünnschichttransistors während der Herstellung eingeführt werden.
Erfindungsgemäß wird die Stöchiometrie der Kanalzone durch eine Kompensation der Fangstellen während der Abscheidung und/oder anschließend an die Abscheidung eingestellt, wodurch die Restträgerdichte nc herabgesetzt wird. Es sei darauf hingewiesen, daß eine gewisse Anzahl von Kristalldefekten normalerweise in der Kanalzone vorhanden ist. Diese sind beispielsweise durch die Anwesenheit von Verunreinigungen im Halbleiterverdampfungsmaterial, die Absorption von restlichen, im System vorhandenen Gasen, die Kristallgrenzen, die Defekte und Leerstellen in den Kristallstrukturen u. dgl. bedingt. Diese Defekte können Energiezustände über dem Ferminiveau ergeben und bleiben dann unbesetzt und begrenzen die Trägerbeweglichkeit. Weiterhin begrenzen diese Defekte, welche Fangstellen oder Fallen sein können, die Änderung der Trägerdichte Anc je Einheit der Steuervorspannungsänderung in der Aktivschicht, wodurch das Verhältnis Δ al α herabgesetzt wird.
Theoretisch könnte die Kanalzone aus einem leitenden Material bestehen, doch ist die Verwendung solcher Materialien ausgeschlossen, da die Restträgerdichte nc zu groß wäre. In einem solchen Fall sind Wirkungen des Steuerelektrodenfeldes auf einige Ä der Kanalzonenoberfläche beschränkt. Die Verwendung von Halbleitermaterialien für solche Zwecke ist wegen deren verringerter Restträgerdichte nc günstig, da das Verhältnis Δ nclnc größer ist und eine brauchbare Steilheit gm erhalten wird. Die Änderung der Restträgerdichte Δ nc ist zwar eine Funktion der Eingangskapazität und auch der Steuerelektrodenvorspannung, doch setzt die gesteuerte Kompensation von Fehlstellen in der Kanalzone die Restträgerdichte nc weiter herab, so daß der Modulationswirkungsgrad erhöht wird. Durch geeignete Einstellung der Restträgerdichte nc kann außer der Steilheit gm auch das Schaltverhältnis des Dünnschichttransistors beeinflußt werden. Die Einführung von Verunreinigungsstellen erhöht den Abstand zwischen dem Leitfähigkeitsband und dem Ferminiveau des die Aktivschicht bildenden Materials.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Leitfähigkeit der Halbleiterschicht eingestellt, indem besondere Störstellen zur Herabsetzung der Restträgerdichte unc in die Kanalzone eingeführt werden. Beispielsweise wird in einer Kanalzone aus Cadmiumsulfid, in der die Majoritätsträger Elektronen sind, ein Akzeptor-Dotierungsmaterial gewählt. Da die erhaltenen Störstellen den Energiezuständen unterhalb des Ferminiveaus entsprechen und Affinität für Restelektronen im Leitfähigkeitsband zeigen, wird die Restelektronendichte nc in der Kanalzone herabgesetzt. Alternativ wird in einer Kanalzone aus Bleisulfid, in der die Majoritätsträger Defektelektronen sind, ein Donator-Dotierungsmaterial zur Herabsetzung der Restdefektelektronendichte gewählt. Demgemäß werden das Verhältnis Δ nclnc und die Steilheit gm des Dünnschichttransistors nicht nur ero höht, sondern auch entsprechend der Anzahl der eingeführten Störstellen eingestellt.
Ferner können ähnliche Effekte durch gesteuerte Kompensation der Kanalzone zur Absättigung von Leerstellen durch Abscheidung des Halbleitermaterials in einer gasförmigen Atmosphäre von gewünschter Zusammensetzung erzieht werden. Wenn beispielsweise Cadmiumsulfid in einer Sauerstoffatmosphäre abgeschieden wird, kompensiert die von der Kanalzone absorbierte Sauerstoffdotierung die Schwe-
ao felleerstellen und setzt die Restelektronendichte nc herab. Wie wichtig dies ist, ergibt sich, wenn man berücksichtigt, daß jedes freie Cadmiumatom, d. h. Cd+ +, in der Kanalzone, wenn es nicht abgesättigt wird, ein Paar freie Elektronen an das Leitfähigkeitsband abgibt. Die Sauerstoffatome nehmen den Platz von Schwefelleerstellen ein und kompensieren diese Leerstellen im wesentlichen, indem 0= an Stellen tritt, an denen S= fehlt. Wenn die Restelektronendichte nc ausreichend herabgesetzt wird, wird ein gutes Schaltverhalten bei der Anreicherungsbetriebsweise erzielt, wobei brauchbare Arbeitsströme durch niedrige Steuerelektrodenvorspannungen erhalten werden. Da sich der Widerstand als Funktion der Restträgerdichte nc ändert, kann zur Bestimmung des Dotierungsgrads der Kanalzone dieser Parameter überwacht werden. Die gesteuerte Kompensation in der Kanalzone trägt daher zum Modulationswirkungsgrad dadurch bei, daß die Restträgerdichte nc herabgesetzt und die Steilheit gm erhöht wird, und zwar durch eine Erhöhung der Beweglichkeit μ. Die Hauptwirkung der Einführung von Störstellen besteht darin, den Modulationswirkungsgrad zu erhöhen; die Wirkung auf die Beweglichkeit μ ist viel geringer.
Einzelheiten der Erfindung werden aus der folgenden, eingehenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung ersichtlich. Es zeigt
F i g. 1 eine perspektivische Ansicht eines nach der Lehre der vorliegenden Erfindung gefertigten Dünnschichttransistors,
F i g. 2 eine Axialschnittansicht eines Vakuumsystems, das zur Durchführung des Verfahrens nach der Lehre der Erfindung verwendet werden kann, F i g. 3 eine Schnittansicht, genommen längs der Linie 3-3 der F i g. 2, welche eine Maskierungsanordnung zur Herstellung des in Fig. 1 dargestellten Dünnschichttransistors zeigt,
F i g. 4 a, 5 a und 6 a die Strom-Spannungs-Kennlinien eines Dünnschichttransistors Isd — f(Vsd); es sind drei verschiedene Fälle dargestellt, in welchen die Aktivschicht undotiert, selektiv dotiert und überdotiert ist,
Fig. 4b, 5b und 6b die Lage des Ferminiveaus bezüglich des Leitfähigkeitsbandes und den Zustand in unkompensierten oder unterkompensierten, selektiv kompensierten und überkompensierten Aktivschichten.
Der Aufbau einer Ausführungsform eines Dünnschichttransistors ist in F i g. 1 gezeigt. Der Dünnschichttransistor weist eine Quellenelektrode 3 und eine Senkenelektrode 5 auf, die einen Zwischenraum 7, der als Quellen-Senken-Zwischenraum bezeichnet wird und die eigentliche Kanalzone bildet, einschließen. Quellen- und Senkenelektrode 3 und 5 werden in schmalen, parallelen Streifen hergestellt, die mit den Feldern 9 und 11 über die Verbindungsdungsverfahren abgeschieden. Für die Aktivschicht 19 umfaßt das Verfahren die gesteuerte Kompensation oder die Einführung von Störstellen während der Abscheidung oder nach der Abscheidung, um die Restträgerdichte nc einzustellen. Da die Cadmiumsulfidaktivschicht 19 polykristallin ist, ist die normale Restträgerdichte nc derart, daß ein beträchtlicher Arbeitsstrom Isd bei der Steuervorspannung Vg = 0 fließt. In nicht kompensiertem Zustand würde der
trächtliche negative Steuervorspannung Vg erforderlich, um die Trägerdichte nc so weit herabzusetzen, daß »gesperrt« wird, d. h. Isd = 0 wird.
Einzelheiten des im folgenden beschriebenen Vakuumsystems gehören nicht zur Erfindung.
Das in F i g. 2 gezeigte Vakuumsystem zur Durchführung des Verfahrens nach der Lehre der Erfindung weist eine Niederdruckkammer 35 auf, deren
streifen 13 und 15 leitend zusammenhängen. Quellen- io Dünnschichttransistor 1 normalerweise nach der Ver- und Senkenelektrode 3 und 5 werden zusammen mit armungsarbeitsweise arbeiten, und es wäre eine beden Feldern 9 und 11 und auch den Verbindungsstreifen 13 und 15 beispielsweise aus Gold (Au) hergestellt und in einem Stück auf einen Glasträger 17
aufgebracht. Eine dünne Schicht 19 aus einem Halb- 15
leitermaterial mit breitem Bandabstand, z. B. Cadmiumsulfid (CdS), wird über die Quellen- und Senkenelektrode 3 und 5 und im Quellen-Senken-Zwischenraum 7 abgeschieden. Die dünne Schicht 19 aus
Cadmiumsulfid, d. h. die die Kanalzone bildende Ak- 20 Rand in eine in der Gummidichtung 37 ausgebildete tivschicht 19, verbindet die Quellen- und Senken- Ringnut eingreift. Die Gummidichtung 37 liegt auf elektroden 3 und 5 elektrisch und füllt die Kanal- der Grundplatte 39 und bildet eine wirksame zone aus. Eine Steuerelektrode 21, die gegen die Vakuumdichtung für Drücke in der Größenordnung Aktivschicht 19 durch eine dünne Schicht aus dielek- von 10~7 Torr. Die Kammer 35 wird über einen Austrischem Material 23, z.B. Siliciummonoxyd (SiO), 25 laß 41 mittels einer Hochleistungsvakuumpumpe 43 Calciumflorid (CaF2) u. dgl., isoliert ist, liegt über der evakuiert. Die Verdampfungsquellen 45, 47, 49 und Kanalzone 7 und ist mit dem Feld 25 über den Ver- 51 werden bündelartig auf der Deckplatte 53 monbindungsstreifen 27 verbunden. Die besondere Geo- tiert, die über isolierende Abstandshalter 55 auf der metrie der Quellen- und Senkenelektrode 3 und 5 Grundplatte 39 sitzt. Die Verdampfungsquelle 45, 47, setzt die Fläche der Steuerelektrode 21, die die Quel- 30 49 und 51 sind mit dem Träger 17 ausgefluchtet, der len- und Senkenelektrode 3 und 5 und auch den Ver- vom Trägerhalter 57 gehalten wird. Die Aktivschicht
19 wird aus Cadmiumsulfid gebildet, das in der Quelle 45 verdampft wird. Die Quellenelektrode 3, die Senkenelektrode 5 und die Steuerelektrode 21 werden 35 aus Gold (Au) gebildet, das in der Quelle 47 verdampft wird, und die Isolierschicht 23 wird aus SiIiciumoxyd (SiO) gebildet, das in der Quelle 49 verdampft wird. Die Quelle 51 ist für die Verdampfung eines Dotierungsmaterials zur gezielten Einführung elektrode 3 am Feld 9 geerdet, die Senkenelektrode 5 40 von Störstellen in die Aktivschicht 19 vorgesehen, am Feld 11 über einen Belastungswiderstand 29 mit Wenn die Aktivschicht 19 aus einem n-leitenden der Stromquelle 31 verbunden und die Steuerelek- Halbleitermaterial gebildet wird, wird das in der trode 21 am Feld 25 mit einer Spannungsquelle 33 Quelle 51 verdampfte Dotierungsmaterial so gewählt, für die Vorspannung Vg verbunden. Dynamisch sind daß dieses ein Elektronenakzeptor ist, beispielsweise Quellenelektrode, Steuerelektrode und Senkenelek- 45 für η-leitendes CdS ein Element aus der Gruppe I trode in gewissem Sinne analog zur Kathode, zum des Periodischen Systems, z. B. Gold oder Kupfer. Gitter und zur Anode einer üblichen Vakuumtriode. Umgekehrt wird, wenn die Aktivschicht 19 aus einem Die Anzahl der freien Elektronen in der Aktivschicht p-leitenden Halbleitermaterial gebildet ist, das Do-19 und damit die Leitfähigkeit zwischen der Quellen- tierungsmaterial beispielsweise aus der Gruppe ΙΠ elektrode und der Senkenelektrode 3 und 5 sind eine 50 des Periodischen Systems gewählt. Funktion der Vorspannung Vg an der Steuerelektrode Die Verdampfungsquellen 45 bis 51 weisen einen
21. Die Aktivschicht 19 und die Steuerelektrode 21 inneren Siebzylinder 58 auf, der axial innerhalb eines bilden die Kondensatorbelegungen, wobei die Steuer- nicht perforierten Tiegels 59 durch einen unteren elektrodenvorspannung Vg die Majoritätsträgerkon- ringförmigen Abstandhalter 61 und eine ringförmige zentration oder Ladung in der Aktivschicht 19 be- 55 Kappe 63 gehalten wird. Der Siebzylinder 58 und der stimmt. Tiegel 59 befinden sich innerhalb eines Widerstands-
Wenn die Restträgerdichte nc in der Aktivschicht erhitzers 65. Das spezielle Verdampfungsmaterial, 19 erfindungsgemäß herabgesetzt wird, wird z. B. CdS, SiO, Au u. dgl., wird zwischen den Sieb-
1. ein Betrieb nach der Anreicherungsarbeitsweise zylinder 58 und den Tiegel 59 eingebracht. Das vererzielt, wodurch ein brauchbarer Arbeitsstrom 6o flüchtigte Verdampfungsmaterial geht durch den
bindungsstreifen 13 und 15 gegenüberliegt, auf ein Minimum herab, so daß die Eingangskapazität auf zulässige Werte herabgesetzt wird, und setzt auch die Einstelltoleranzen während der Herstellung herab.
Die Aktivschicht 19 aus Cadmiumsulfid hat n-Leitfähigkeit, da die Majoritätsträger, die die Leitfähigkeit bewirken, freie Elektronen sind. Beim Einschalten in einen elektrischen Stromkreis ist die Quellen-
IS(i bei niedrigen Steuervorspannungen Vg erzeugt wird,
2. die Steilheit gm erhöht und
3. ein gutes Schaltverfahren erzielt.
Bei dem Herstellungsverfahren des Dünnschichttransistors 1 werden die anderen Komponenten außer der Aktivschicht 19 durch übliche Dampfabschei-
Siebzylinder 58 hindurch und bewegt sich längs des durch den Zylinder gebildeten Kamins nach oben, um sich auf dem Träger 17 abzuscheiden. Ein Thermoelement 67 ist zur Temperaturkontrolle des Verdampfungsmaterials im Dampfstrom am Siebzylinder 58 angeordnet. Die Thermoelementanschlüsse 69 sind durch die Grundplatte 39 mit dem Temperaturmeßgerät 71 verbunden. Auch die beiden Anschlüsse des
Widerstandserhitzers 65 sind über Leitungen 73 mit Temperaturreglern verbunden, die als gestrichelte Kästchen 75 dargestellt sind. Jeder Temperaturregler 75 enthält einen Abwärtstransformator 77, dessen Sekundärwicklung jeweils mit den unteren freien Enden der Leitungen 73 verbunden ist. Die Primärwicklung des Transformators 77 ist mit einer veränderlichen Induktivität 79 verbunden, die mit einer Wechselspannungsquelle 81 verbunden ist. Die veränderliche Induktivität 79 steuert die dem jeweiligen Widerstandserhitzer 63 zugeführte elektrische Energie, um eine vorbestimmte Quellentemperatur einzustellen, die durch das Temperaturmeßgerät 71 angezeigt wird.
Ein Prallblech 83 ist zwischen den Verdampfungsquellen 45 bis 51 und dem Träger 17 angebracht, um die Strömung des verdampften Materials abzufangen. Das Prallblech 83 ist am Gestänge 85 montiert, das im Lager 87 sitzt, und mit dem Steuerknopf 89 verbunden, der außerhalb der Vakuumkammer 35 liegt. Während eine Verdampfungsquelle auf eine vorbestimmte Temperatur gebracht wird, fängt das Prallblech 83 die nach oben zum Träger 17 strömenden Dämpfe ab, um eine gleichförmige Zusammensetzung des abzuscheidenden Materials zu gewährleisten. Wenn die vorbestimmte Quellentemperatur erreicht ist, wird das Prallblech aus seiner Stellung gegenüber dem Träger 17 entfernt, um den Träger 17 dem verdampften Strom von den einzelnen Quellen 45 bis 51 auszusetzen.
Zwischen dem Prallblech 83 und dem Träger 17 liegt eine Schablonenanordnung 91 (vgl. auch F i g. 3) zum selektiven Aufdampfen von Material aus den Verdampfungsquellen 45 bis 51 auf den Träger 17. Die Schablonenanordnung 91 weist eine Quellen-Senken-Elektrodenschablone 93 auf, eine Schablone 95 für die Aktivschicht, eine Schablone 97 für die Isolationsschicht und eine Schablone 99 für die Steuerelektrode. Diese Schablonen sind radial auf einem flächenförmigen Schablonenträger 101 angeordnet. Der Schablonenträger 101 ist horizontal am Verbindungsstab 103 angebracht. Der Verbindungsstab 103 erstreckt sich zum Steuerknopf 105, der außerhalb der Vakuumkammer 35 liegt, und sitzt drehbar in einem Lager 107. Die Schablonen 93 bis 99 werden selektiv nacheinander gegenüber dem Träger 17 durch Drehen des Steuerknopfes 105 angeordnet, um besondere Muster des Verdampfungsmaterials auf dem Träger 17 zu bilden. Außerdem weist der Verbindungsstab 103 Aussparungen 108 auf, die mit der Federdrucktaste 109 im Lager 107 zusammenpassen, um den Schablonenträger 101 in parallelen horizontalen Ebenen, wie nachfolgend beschrieben, zu halten. Ferner werden elektrische Sonden 111 entlang einer radialen Kante des Schablonenträgers 101 durch Halterungen 113 so gehalten, daß sie mit den Teilen der Quellen-Senken-Elektrodenschablone 93 fluchten, die die Felder 9 und 11 bestimmen. Die Sonden 111 sind über die Leitungen 115, die durch die Grundplatte 39 gehen, und über das Strommeßgerät 117 mit der Stromquelle 119 verbunden. Beim Dotierungsverfahren erhöht eine Herabsetzung der Restträgerdichte nc den Widerstand der Aktivschicht 19. Demgemäß wird der Dotierungsgrad überwacht, indem die Sonden 111 mit den Feldern 9 und 11 in Kontakt gebracht werden, um den Widerstand der Aktivschicht 19 durch eine Messung am Meßgerät 117 zu bestimmen.
Kurz gesagt, wird der in F i g. 1 dargestellte Dünnschichttransistor mit definiert eingestellten Eigenschaften hergestellt, indem die Schablonen 93 bis 99 selektiv nacheinander über den Träger 17 gebracht werden, um ausgewählte Bereiche des nach oben von der jeweiligen Verdampfungsquelle gerichteten Dampfstroms abzufangen. Bei der Quellen-Senken-Elektrodenmaske 93 wird eine Verkleinerung des der Kanalzone 7 entsprechenden Zwischenraums durch
ίο eine Draht- oder Gitterschablone erreicht, wobei die Breite der Kanalzone 7 durch einen dünnen Draht 121 bestimmt wird, der über den quer verlaufenden Schenkel des Schablonenumrisses gespannt ist. Wegen der außerordentlich kleinen Abmessungen des Drahtes 121, z. B. 7 μ, wird die Quellen-Senken-Elektrodenschablone 93, d. h. der Draht 121, während der Aufdampfung der Quellenelektrode und der Senkenelektrode 3 und 5 in direkten Kontakt mit dem Träger 17 gebracht. Der Grund ist offensichtlich,
ao wenn man berücksichtigt, daß selbst bei dem verringerten Druck des Systems eine gewisse Streuung des Cadmiumsulfiddampfes und auch ein gewisses Fließen des abgeschiedenen Materials auf dem Träger erfolgt. Durch Kontakt des Drahtes 121 mit dem Träger 17 während der Abscheidung wird ein Quellen-Senken-Zwischenraum 7 von konstanten, geringen Abmessungen gewährleistet, und die Möglichkeit elektrischer Kurzschlüsse zwischen der Quellenelektrode 3 und der Senkenelektrode 5 wird beträchtlich herabgesetzt.
Zur Durchführung des Verfahrens wird die Kammer 35 zunächst durch die Vakuumpumpe 43 auf beispielsweise 10~6 Torr evakuiert, und der Maskenträger 101 wird durch den Steuerknopf 105 derart gedreht, daß die Schablone 93 über dem Träger 17 liegt. Weiter wird der Steuerknopf 105 nach oben gepreßt, damit die Rast 109 in den Verbindungsstab 103 einrastet, wodurch der Draht 121 den Träger 17 berührt. Der zugehörige Temperaturregler 75 wird in Betrieb gesetzt, um die Verdampfungsquelle 47 auf eine Temperatur über der Verdampfungstemperatur des zu verdampfenden Goldes zu bringen. Wenn diese Quellentemperatur erreicht ist, wird das Prallblech 83 durch den Knopf 89 gedreht, um den Träger 17 für eine Zeit zu exponieren, die ausreicht, um eine elektrisch zusammenhängende Quellenelektrode 3 und Senkenelektrode 5 aufzudampfen. Die Aufdampfstärke kann durch geeignete, an sich bekannte Maßnahmen bestimmt werden. Zu diesem Zeitpunkt wird das Prallblech 83 zurückgedreht, um ein weiteres Aufdampfen zu verhindern, während die Verdampfungsquelle 47 abgekühlt wird.
Die Aktivschicht 19, die Isolierschicht 23 und die Steuerelektrode 21 werden nacheinander durch aufeinanderfolgendes Erhitzen der Quellen 45, 49 und 47 aufgedampft, während der Schablonenträger 101 so angeordnet ist, daß die entsprechenden Schablonen 95, 97 und 99 über dem Träger 17 liegen. Bei der Abscheidung der Aktivschicht 19 werden jedoch Störstellen in die Aktivschicht 19 eingeführt, indem das Verdampfungsmaterial während des Aufdampfens einem gasförmigen Dotierungsmittel ausgesetzt wird, oder dadurch, daß ein Störstellen einführendes Material entweder gleichzeitig mit dem die Aktivschicht 19 bildenden Halbleitermaterial verdampft wird oder anschließend. Wenn das Störstellen einführende Material nach dem Halbleitermaterial verdampft wird, bewirkt eine Wärmebehandlung die
909 524/318
9 10
Diffusion dieses Materials in die Aktivschicht 19, wie das Dotierungsmaterial und das Halbleitermaterial dies nachfolgend beschrieben wird. Zu diesem Zweck gleichzeitig von einer einzigen Verdampfungsquelle wird eine Trägerheizvorrichtung 123 vorgesehen, die der gezeigten Art oder durch bekannte Zerstäubungsmit einer veränderlichen Stromquelle 125 über die verfahren verdampft werden. Das Dotierungsmaterial Leitungen 127, die sich durch die Grundplatte 39 5 wird wie vorstehend so gewählt, daß es Störstellen erstrecken, verbunden ist. einführt, die eine Affinität für die Majoritätsträger in
Bezüglich der Abscheidung der Aktivschicht 19 sei der Aktivschicht 19 haben. Wenn beispielsweise die darauf hingewiesen, daß das Halbleiterverdampfungs- Aktivschicht 19 aus η-leitendem Cadmiumsulfid oder material, beispielsweise Cadmiumsulfid, beim Ver- Bleisulfid gebildet wird, werden die Akzeptordotiedampfen nach der Gleichung io rungsmittel aus Elementen der Gruppe Ib gewählt.
Umgekehrt werden Elemente der Gruppe Va gewählt, 2 CdS-> 2Cd + S2 wenn die Aktivschicht 19 aus p-leitendem Bleisulfid
gebildet ist.
dissoziiert, wodurch freie Cadmiumatome (Cd) und Wie bereits beschrieben wurde, kann der Widerfreier Schwefel (S2) nach oben zum Träger 17 ge- 15 stand der Aktivschicht 19, der eine Funktion der langen. Die auf dem Träger 17 abgeschiedenen Cad- Restträgerdichte nc ist, gemessen werden, um die miumatome sind chemisch ungesättigt, wobei die Dotierung zu überwachen. Der Widerstand der teil-Menge an freiem Cadmium eine Funktion der Tem- weise gebildeten Aktivschicht 19 wird periodisch peratur der Verdampfungsquelle 45 ist. Ein Teil der gemessen, indem der Schablonenträger 101, während freien Cadmiumatome rekombiniert mit freien ao er in einer tieferen Stellung eingerastet ist, ver-Schwefelatomen auf der Oberfläche des Trägers 17, schwenkt wird, um die Sonden 108 über die Felder 9 d. h. und 11 zu führen. Zu diesem Zeitpunkt ist das Prall-
2 Cd + S ->-2CdS blech 83 verschwenkt, um den Träger 17 abzu-
2 ' schirmen. Der zwischen den Sonden 108 und längs
Jedes der ungesättigten Cadmiumatome liefert jedoch 35 der teilweise gebildeten Aktivschicht 19 fließende ein Paar freie Träger, d. h. Elektronen an das Leit- Strom zeigt den Widerstand der Aktivschicht 19 am fähigkeitsband, und erhöht so die Restträgerdichte nc. Meßgerät 21 genau an. So kann beispielsweise der Die Restträgerdichte nc kann herabgesetzt werden, Widerstand der teilweise gebildeten Aktivschicht 19 indem die Aktivschicht 19 in einer reaktiven Gas- durch geeignete Einstellung des Partialdruckes des atmosphäre abgeschieden wird. Zu diesem Zweck 30 Dotierungsmaterials in der Kammer 35 durch die wird ein gasförmiges Dotierungsmittel bis zu einem Vakuumpumpe 43 gesteuert werden, so daß die Konvorbestimmten Partialdruck in die Kammer 35 über zentration von freien Cadmiumatomen in den anden Einlaß 129 von der Abscheidung der Aktivschicht schließend abgeschiedenen Teilen der Aktivschicht 19 eingeführt. Wenn die Aktivschicht 19 aus n-leiten- 19 eingestellt wird. Es kann auch zusätzlich ein Stördem Material gebildet wird, z. B. Cadmiumsulfid, 35 stellen einführendes Material in die Aktivschicht 19 wird das gasförmige Dotierungsmittel so ausgewählt, eindiffundiert werden.
daß es Anionenleerstellen kompensiert. Ein solches Zum besseren Verständnis des Verfahrens nach
Dotierungsmittel kann aus der Gruppe VI des Pen- der Lehre der Erfindung kann der Ausdruck für die odischen Systems gewählt werden, z. B. Sauerstoff, Steilheit gm des Dünnschichttransistors 1 heran-Schwefel, Selen oder irgendwelchen zweiwertigen 40 gezogen werden, die als C\xVsdIIß [(dnjdri) + B Anionen, die als Ersatz für S= wirken. Wenn umge- (dnt/dri)] definiert ist. Im obigen Ausdruck bedeuten C kehrt die Aktivschicht 19 aus einem p-leitenden die Eingangskapazität, μ die Trägerbeweglichkeit, Material gebildet wird, z. B. Bleisulfid, wird das gas- Vsd die Quellen-Senken-Elektrodenspannung und L förmige Dotierungsmittel wieder aus der Gruppe VI den Quellen-Senken-Elektrodenabstand 7. Weiter gewählt, um Anionenleerstellen zu kompensieren. 45 zeigt die Größe dnjdn den Anteil zusätzlicher Träger Wenn beispielsweise Cadmiumsulfid in einer von der in der Aktivschicht 19 an, die in das Leitfähigkeits-Gasquelle 131 über den Einlaß 129 zugeführten band unter der Wirkung der Steuervorspannung ein-Sauerstoffatmosphäre verdampft wird, wird die Ab- treten. Andererseits bedeutet der Ausdruck dntldn scheidung von freien Cadmiumatomen sowohl in den Anteil der zusätzlichen Träger, die durch die einer Schwefelatmosphäre (S2) als auch einer Sauer- 50 Steuervorspannung von den Fangstellenniveaus abstoffatmosphäre (O2) bewirkt. Die freien Cadmium- sorbiert werden, die über dem Ferminiveau in der atome kombinieren sich sowohl mit Schwefel- als Aktivschicht 19 liegen. Wenn die Gesamtzahl der zuauch Sauerstoffatomen auf dem Träger 17, so daß sätzlichen Träger, die in der Aktivschicht 19 auf jedes Cadmiumatom, das durch Sauerstoffdotierung Grund der Steuervorspannung fließen, durch dn abgesättigt ist, die Restträgerkonzentration nc in der 55 wiedergegeben wird, ergibt sich der Ausdruck: dn Aktivschicht 19 erniedrigt. = dnc + dnt. Daraus erfolgt, daß das Verhältnis
Alternativ wird die Restträgerdichte nc in der Aktiv- A njnc und auch die Steilheit gm erhöht werden, wenn schicht 19 herabgesetzt, indem Verunreinigungen, die Größe dnc im obigen Ausdruck überwiegt. Die und zwar entweder Donatoren oder Akzeptoren, in Größe dnc überwiegt, wenn ein großer Teil zusätzdie Aktivschicht 19 eingeführt werden. Wie in F i g. 2 60 licher Träger dn in das Leitfähigkeitsband eintritt, gezeigt ist, werden die Verunreinigungen einführen- Demgemäß werden brauchbare Quellen-Senkenden Materialien oder Dotiermaterialien in der Quelle Elektrodenströme Isd für geringe Steuervorspannun-51 verdampft. Wenn eine vorbestimmte Menge an gen erhalten. Andererseits überwiegt die Größe dnt, Dotiermaterial auf die Aktivschicht 19 aufgedampft wenn die Aktivschicht 19 überdotiert ist. Wie in ist, wird die Aktivschicht durch die Heizung 123 auf 65 Fig. 6a gezeigt ist, sind erhebliche Werte der Steuereine ausreichende Temperatur erhitzt, um die Diffu- vorspannung erforderlich, um einen brauchbaren sion eines solchen Dotierungsmaterials in das Halb- Arbeitsstrom Isd zu ziehen,
leitermaterial zu bewirken. Gewünschtenfalls können Da der Dotierungsgrad der Aktivschicht 19 die
Größe dnc bestimmt, bestimmt er auch die Kennlinien des Dünnschichttransistors 1.
Die Wirkung der Störstellen in der Aktivschicht 19 des Dünnschichttransistors 1 ist eingehender aus den Fig. 4b, 5b und 6b ersichtlich, welche Energiebänder an der Grenzschicht zwischen Aktivschicht 19 und Isolierschicht 23 bei der Steuervorspannung 0 darstellen, und zwar für eine undotierte oder unterdotierte, eine selektiv dotierte und eine überdotierte Aktivschicht 19. Die Fangstellen sind zwar als im Volumen des Halbleitermaterials verteilt gezeigt, doch ist es gut möglich, daß solche Fangstellen an der Oberfläche oder an den Korngrenzen sitzen. Außerdem sind die entsprechenden Kennlinien für den Arbeitsstrom Isd als Funktion der Quellen-Senken-Elektrodenspannung Vsd in F i g. 4 a, 5 a bzw. 6 a gezeigt.
Wenn die Aktivschicht 19 aus Cadmiumsulfid gebildet ist, liegt die Trägerkonzentration nc im Bereich von 1015 bis 1016 Elektronen je Kubikzentimeter. Das Vorliegen von freien Trägern bedingt eine Leitfähigkeit der Aktivschicht 19 bei der Steuervorspannung 0. Normalerweise ist bei einem undotierten oder unterdotierten Halbleiter, wie in Fig. 4b gezeigt, eine Anzahl von nicht identifizierten Fangstellenniveaus im Bereich unterhalb des Ferminiveaus E1 vorhanden. Diese Fangstellenniveaus haben, wenn sie nicht besetzt sind, einen großen Streuungsquerschnitt und begrenzen demgemäß die Trägerbeweglichkeit μ in der Aktivschicht 19. In den Fig. 4b, 5b und 6b sind besetzte Fangstellenniveaus durch das Zeichen ©■ und unbesetzte Fangstellenniveaus durch das Zeichen ο gekennzeichnet. Wenn daher die Trägerkonzentration nc der Aktivschicht 19 entweder durch Kompensation oder durch Dotierung, wie oben beschrieben, herabgesetzt wird, können das Verhältnis Δ nlnn die Steilheit gm und auch die Modulationswirksamkeit herabgesetzt werden, und zwar dadurch, daß diese Fangstellenniveaus durch Herabsetzung des Ferminiveaus E1 freigegeben werden, wie in Fig. 5b und 6b gezeigt ist. Diese freigegebenen Fangstellenniveaus können als Traps für Träger dienen, die in die Aktivschicht 19 durch Einwirkung der Steuerelektrode 21 eingeführt werden. Der Anteil dieser so eingeführten Träger, die zur Änderung der Trägerkonzentration Δ nc bzw. dnc beitragen und die von diesen freigegebenen Fangstellenniveaus absorbiert werden, nämlich dnt, wird durch den Grad der Kompensation oder der Dotierung der Aktivschicht 19 bestimmt. Daher sollte die Aktivschicht 19 nicht so überdotiert werden, daß das Ferminiveau Ef so weit herabgesetzt wird, daß viele unbesetzte Fangstellen, wie in F i g. 6 b gezeigt, freigegeben werden. Um optimale Transistoreigenschaften mit einem großen Verhältnis von Δ δ/δ und einer hohen Trägerbeweglichkeit μ zu erzielen, sollte die selektive Kompensation oder Dotierung der Aktivschicht 19 das Ferminiveau E1 so einstellen, daß dieses dicht über denjenigen Fangstellenniveaus liegt, die Träger absorbieren, die durch die Quellen-Senken-Elektrodenspannung VS(l eingeführt werden, um die Restträgerdichte nc herabzusetzen. Die erhaltenen Strom-Spannungs-Kennlinien Isd = f(Vsd) sind in F i g. 5 a gezeigt. Wenn andererseits die Aktivschicht 19 überkompensiert oder überdotiert ist, wird das Ferminiveau E, so weit herabgesetzt, daß eine große Anzahl der unbesetzten Fangstellenniveaus derart angeordnet wird, wie es in Fig. 6b gezeigt ist. In einem solchen Fall wird ein großer Teil der in die Aktivschicht 19 eingeführten Träger durch diese unbesetzten Fangstellen absorbiert, und es ist eine sehr hohe Steuervorspannung Vg erforderlich, um einen brauchbaren Quellen-Senken-Elektrodenstrom Isd zu erzeugen. Wie in F i g. 6 a gezeigt ist, werden die Strom-Spannungs-Kennlinien gegenüber den in F i g. 5 a dargestellten für gleiche Steuervorspannungen Vg zusammengedrückt. Demgemäß können die
ίο Kennlinien des Dünnschichttransistors 1 erfindungsgemäß kontinuierlich, wie in Fig.4b, 5b und 6b gezeigt, durch geeignete Einstellung des Grades der Kompensation oder der Dotierung der Aktivschicht 19 variiert werden. Es ist ersichtlich, daß die in F i g. 5 a gezeigten Kennlinien einen optimalen Verlauf zeigen.
Die Einführung von O2, S2 oder irgendeinem anderen zweiwertigen Ion in die Gitterstruktur an einer S-Fehlstelle ohne radikale Änderung der Bandstruk-
ao tür beeinflußt in erster Linie lediglich das Ferminiveau Ef. Der Ausdruck »Kompensation« wird deshalb verwendet, um solche Wirkungen zu beschreiben, da eine Schwefelfehlstelle, die normalerweise als geringer Donator wirkt, durch das Einbringen des
»5 zweiwertigen Ions ausgeschaltet wird. Wenn das die Verunreinigungen einführende Material, z. B. Gold, Kupfer, Silber u. dgl., in die Aktivschicht 19 eingeführt wird, wird das Ferminiveau Ef wieder eingestellt, um Δ α/σ auf einen Maximalwert zu bringen.
Das Ferminiveau E1 liegt so, daß bei der Steuervorspannung O tiefe Fangstellenniveaus »praktisch besetzt« sind und die Zahl von Restträgern nc in der Aktivschicht 19 noch im wesentlichen keine Rolle spielt. Das Ferminiveau E1 sollte nicht so eingestellt werden, daß die tieferen Fangstellenniveaus frei werden, was eine übermäßige Steuervorspannung zur Erzeugung eines brauchbaren Quellen-Senken-Elektrodenstroms Isd erfordern würde, d. h., die Aktivschicht 19 soll nicht überdotiert werden. Dieser Zustand der Überdotierung ist in Fig. 6b dargestellt. Die Überdotierung unterscheidet sich von der Kompensation darin, daß die Zahl der Kristalldefekte in der Aktivschicht 19 so erhöht wird, daß zusätzliche tiefe Fangstellen bereitgestellt werden. Die tiefen Fangstellen entleeren die Zustände flacher Donatoren zur Herabsetzung der Restträgerkonzentration nc.

Claims (14)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Einstellen der Steilheit der Strom-Spannungs-Kennlinie von dünnschichtigen, im Anreicherungsbetrieb arbeitenden bzw. selbstsperrenden Feldeffekttransistoren, dadurch gekennzeichnet, daß die in der aktiven Kanalzone vorhandenen Fangstellenniveaus durch Dotieren mittels eines an sich bekannten Verfahrens kompensiert werden und daß hierbei die Dotierungskonzentration insgesamt so gewählt wird, daß das Ferminiveau noch oberhalb des Energieniveaus der Fangstellen liegt, derart, daß die relative Änderung der Restträgerdichte dnc/nc bzw. der Leitfähigkeit d δ/δ einen maximalen Wert annimmt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kompensation von Anionenf angstellen sowie Einstellung der Restträgerdichte nc während oder nach dem Aufdampfen des Kanalzonenmaterials zweiwertige Ionen in dieses eingeführt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitermaterial für die Kanalzone innerhalb einer aktiven Gasatmosphäre aufgedampft wird und daß der unterhalb des Druckes der aufzudampfenden Halbleiterkomponente liegende Partialdruck der reaktiven Gasatmosphäre so gewählt wird, daß die Fangstellen des abgeschiedenen Halbleitermaterials kompensiert werden und in diesem eine definierte Restträgerdichte nc eingestellt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die aktive Gasatmosphäre so gewählt wird, daß Anionenfangstellen in der Aktivschicht kompensiert werden und der Partialdruck der Gasatmosphäre so eingestellt wird, daß die Restträgerdichte nc in der Aktivschicht ausreichend herabgesetzt wird, um einen Dünnschichttransistor herzustellen, der nach der Anreicherungsarbeitsweise arbeitet.
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Halbleitermaterial Cadmiumsulfid und als gasförmige Atmosphäre eine solche eines Elementes der Gruppe VI a des Periodischen Systems verwendet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Halbleitermaterial Bleisulfid und als aktive Gasatmosphäre eine solche eines Elementes der Gruppe VI a des Periodischen Systems verwendet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Fangstellen im Halbleitermaterial zweiwertig sind und die aktive Gasatmosphäre aus Schwefel oder Sauerstoff besteht.
8. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitermaterial bei einer ersten definierten Temperatur zur Erstellung der Kanalzone verdampft wird, daß ein Dotierungsmaterial bei einer zweiten definierten Temperatur zur gleichzeitigen Abscheidung im Bereich der Kanalzone verdampft wird, wobei das Dotierungsmaterial so gewählt wird, daß es eine Affinität für die Majoritätsträger in dem Halbleitermaterial aufweist, und daß die erste und die zweite Temperatur so gewählt werden, daß die relativen Abscheidungsgeschwindigkeiten des Halbleitermaterials und des Dotierungsmaterials auf die Oberfläche so eingestellt werden, daß die Restträgerkonzentration nc in der Schicht selektiv festgelegt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Halbleitermaterial ein η-leitendes Material und als Dotierungsmaterial ein Akzeptor gewählt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Halbleitermaterial ein p-leitendes Material und als Dotierungsmaterial ein Donator gewählt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Halbleitermaterial Cadmiumsulfid und als Dotierungsmaterial ein solches aus der Gruppe Ib des Periodischen Systems der Elemente verwendet wird.
12. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Halbleitermaterial n-leitendes Bleisulfid und als Dotierungsmaterial ein solches aus der Gruppe Ib des Periodischen Systems verwendet wird.
13. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Halbleitermaterial p-leitendes Bleisulfid und als Dotierungsmaterial ein solches aus der Gruppe Va des Periodischen Systems verwendet wird.
14. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst das Halbleitermaterial für die Kanalzone aufgedampft wird, daß auf die Kanalzone ein Dotierungsmaterial aufgedampft wird, wobei das Dotierungsmaterial so gewählt wird, daß es eine Affinität für die Majoritätsträger in der Kanalzonenschicht aufweist, und daß das Dotierungsmaterial in die Kanalzonenschicht hineindiffundiert wird, wobei die Dotierungskonzentration so eingestellt wird, daß die Restträgerdichte ne auf ein gewähltes Niveau herabgesetzt wird.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
DEI27177A 1963-12-26 1964-12-21 Verfahren zum Einstellen der Steilheit von Feldeffekttransistoren Pending DE1297236B (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US333406A US3303067A (en) 1963-12-26 1963-12-26 Method of fabricating thin film transistor devices

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE1297236B true DE1297236B (de) 1969-06-12

Family

ID=23302633

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DEI27177A Pending DE1297236B (de) 1963-12-26 1964-12-21 Verfahren zum Einstellen der Steilheit von Feldeffekttransistoren

Country Status (4)

Country Link
US (1) US3303067A (de)
DE (1) DE1297236B (de)
FR (1) FR1421725A (de)
GB (1) GB1087821A (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107359199A (zh) * 2017-07-10 2017-11-17 东南大学 面向物联网的有热电转换的soi基ldmos器件

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3737743A (en) * 1971-12-23 1973-06-05 Gen Electric High power microwave field effect transistor
US4177298A (en) * 1977-03-22 1979-12-04 Hitachi, Ltd. Method for producing an InSb thin film element
US4330932A (en) * 1978-07-20 1982-05-25 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Process for preparing isolated junctions in thin-film semiconductors utilizing shadow masked deposition to form graded-side mesas
GB2158843A (en) * 1984-05-14 1985-11-20 Philips Electronic Associated Method of manufacturing a semiconductor device by molecular beam epitaxy
US5727332A (en) * 1994-07-15 1998-03-17 Ontrak Systems, Inc. Contamination control in substrate processing system
JP4266842B2 (ja) * 2004-02-02 2009-05-20 セイコーエプソン株式会社 電気光学装置用基板の製造方法及び電気光学装置の製造方法
US7642644B2 (en) * 2004-12-03 2010-01-05 Mayo Foundation For Medical Education And Research Packaging for high power integrated circuits
US7656028B2 (en) * 2005-02-23 2010-02-02 Mayo Foundation For Medical Education And Research System for controlling the temperature of an associated electronic device using an enclosure having a working fluid arranged therein and a chemical compound in the working fluid that undergoes a reversible chemical reaction to move heat from the associated electronic device
CN107293582B (zh) * 2017-07-10 2020-04-24 东南大学 面向物联网的硅基具有热电转换功能的bjt器件

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1025995B (de) * 1954-04-01 1958-03-13 Philips Nv Verfahren zur Herstellung von Halbleiterkoerpern mit aneinandergrenzenden Zonen verschiedener Leitfaehigkeit
US2938816A (en) * 1957-06-08 1960-05-31 Siemens Ag Vaporization method of producing thin layers of semiconducting compounds
US2994621A (en) * 1956-03-29 1961-08-01 Baldwin Piano Co Semi-conductive films and methods of producing them

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3162556A (en) * 1953-01-07 1964-12-22 Hupp Corp Introduction of disturbance points in a cadmium sulfide transistor
US2820841A (en) * 1956-05-10 1958-01-21 Clevite Corp Photovoltaic cells and methods of fabricating same
US2921905A (en) * 1956-08-08 1960-01-19 Westinghouse Electric Corp Method of preparing material for semiconductor applications
DE1161036B (de) * 1960-03-21 1964-01-09 Texas Instruments Inc Verfahren zur Herstellung von hochdotierten AB-Halbleiterverbindungen
US3179541A (en) * 1962-12-31 1965-04-20 Ibm Vapor growth with smooth surfaces by introducing cadmium into the semiconductor material

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1025995B (de) * 1954-04-01 1958-03-13 Philips Nv Verfahren zur Herstellung von Halbleiterkoerpern mit aneinandergrenzenden Zonen verschiedener Leitfaehigkeit
US2994621A (en) * 1956-03-29 1961-08-01 Baldwin Piano Co Semi-conductive films and methods of producing them
US2938816A (en) * 1957-06-08 1960-05-31 Siemens Ag Vaporization method of producing thin layers of semiconducting compounds

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107359199A (zh) * 2017-07-10 2017-11-17 东南大学 面向物联网的有热电转换的soi基ldmos器件
CN107359199B (zh) * 2017-07-10 2020-04-24 东南大学 面向物联网的有热电转换的soi基ldmos器件

Also Published As

Publication number Publication date
FR1421725A (fr) 1965-12-17
US3303067A (en) 1967-02-07
GB1087821A (en) 1967-10-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE961469C (de) Verfahren zur Herstellung von Halbleiterkoerpern fuer elektrische UEbertragungsvorrichtungen
DE68911702T2 (de) Halbleitervorrichtung mit zusammengesetztem Substrat, hergestellt aus zwei Halbleitersubstraten in engem Kontakt.
DE2056220C3 (de) Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung
DE2429705C3 (de) Schottky-Diode und Verfahren zu ihrer Herstellung
DE2317577C2 (de) Verfahren zur Herstellung dielektrisch isolierter Halbleiteranordnungen
DE2160427C3 (de)
DE1514362B1 (de) Feldeffekttransistor
DE2944913A1 (de) Solarzelle mit amorphem siliziumkoerper
DE2618733A1 (de) Halbleiterbauelement mit heterouebergang
DE1614356A1 (de) Integrierte Halbleiterbaugruppe mit komplementaeren Feldeffekttransistoren
DE2149303A1 (de) Halbleiter-Speichervorrichtung
DE2047777A1 (de) Oberflachenfeldeffekttransistor mit einstellbarer Schwellspannung
DE2160462C2 (de) Halbleiteranordnung und Verfahren zu ihrer Herstellung
DE2757762A1 (de) Monolithische kombination zweier komplementaerer bipolartransistoren
DE1764847B2 (de) Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung
DE1297236B (de) Verfahren zum Einstellen der Steilheit von Feldeffekttransistoren
DE1764757A1 (de) Halbleiterbauelement mit isolierter Steuerelektrode
DE1564524B2 (de)
DE1564151C3 (de) Verfahren zum Herstellen einer Vielzahl von Feldeffekt-Transistoren
EP0172327B1 (de) Integrierbare Leistungstransistoranordnung
DE2050340A1 (de) Feldeffekttransistortetrode
DE1564068A1 (de) Fieldistor-Tetrode
DE1914745B2 (de) Verfahren zum herstellen eines halbleiterbauelements
DE2801680A1 (de) Verfahren zur herstellung einer halbleitereinrichtung
DE2627922A1 (de) Halbleiterbauteil