專利名稱：半導體器件和操作該半導體器件的方法
半導體器件和操作該半導體器件的方法
對相關申請的交叉引用
本申請要求于2011年9月16日向韓國特許廳提交的韓國專利申請 No. 10-2011-0093646的權益，通過引用將其公開的全部內(nèi)容合并于此。技術領域
本公開涉及半導體器件和操作所述半導體器件的方法。
背景技術：
石墨烯是包括在單層的六角形晶格中形成的碳原子的材料。石墨烯在化學上非常 穩(wěn)定，并且具有這樣的半導體特性導帶和價帶僅在一個點(狄拉克點)處重疊。另外，石墨 烯具有非常高的電荷遷移率。
因此，需要包括石墨烯晶體管的半導體器件和高效率地操作所述包括石墨烯晶體 管的半導體器件的方法。發(fā)明內(nèi)容
提供包括石墨烯晶體管的半導體器件和高效率地操作所述包括石墨烯晶體管的 半導體器件的方法。
其他方面部分將在下面的描述中闡明，而且部分從下面的描述中將變得明了，或 者可以通過給出的實施例的實踐習得。
根據(jù)示例實施例，一種半導體器件包括電壓產(chǎn)生器，產(chǎn)生測試電壓；石墨烯晶體 管，基于測試電壓接收柵極-源極電壓；以及檢測器，檢測柵極-源極電壓是否是石墨烯晶 體管的狄拉克電壓，并輸出施加于電壓產(chǎn)生器的反饋信號，其指示柵極-源極電壓是否是 狄拉克電壓。
檢測器可以檢測石墨烯晶體管是否截止，而且如果檢測到石墨烯晶體管截止，則 檢測器可以將柵極-源極電壓檢測為狄拉克電壓。
檢測器可以基于石墨烯晶體管的漏極-源極電壓和漏極-源極電流中的至少一個 來檢測石墨烯晶體管是否截止。
如果反饋信號指示柵極-源極電壓不是狄拉克電壓，則電壓產(chǎn)生器可以更改測試 電壓。
電壓產(chǎn)生器可以包括電壓調(diào)節(jié)單元，基于存儲在存儲單元中的數(shù)據(jù)來產(chǎn)生測試 電壓；以及存儲調(diào)節(jié)單元，基于反饋信號來調(diào)節(jié)存儲在存儲單元中的數(shù)據(jù)。
電壓調(diào)節(jié)單元可以包括第一可變電阻器和第二可變電阻器，并且被配置為基于第 一可變電阻器的第一電阻與第二可變電阻器的第二電阻的比率產(chǎn)生測試電壓，而且電壓調(diào) 節(jié)單元可以基于數(shù)據(jù)來確定第一電阻與第二電阻的比率。
在檢測時段期間，存儲調(diào)節(jié)單元可以更改數(shù)據(jù)以使得測試電壓周期性地提高。
檢測時段可以基于使能信號而開始，并且可以當反饋信號指示柵極-源極電壓是狄拉克電壓時結束。
使能信號可以基于半導體器件的制造時間、加電時間、和初始化時間中的至少一 個來指示檢測時段的開始。
石墨烯晶體管可以形成于包括石墨烯的第一區(qū)域中，而電壓產(chǎn)生器和檢測器可以 形成于不包括石墨烯的第二區(qū)域中。
該半導體器件可以進一步包括信號轉換器，其形成于第二區(qū)域，而且從第二區(qū)域 接收輸入信號并輸出通過轉換輸入信號獲得的輸出信號，其中將輸出信號提供給第一區(qū) 域。
輸入信號可以包括截止電壓和電源電壓，而且信號轉換器將截止電壓轉換為狄拉 克電壓，并將電源電壓轉換為石墨烯晶體管的工作電壓。
根據(jù)另一示例實施例，一種半導體器件包括電壓產(chǎn)生器，產(chǎn)生第一測試電壓；石 墨烯晶體管，基于第一測試電壓接收第一柵極-源極電壓；以及檢測器，檢測第一柵極-源 極電壓是否是石墨烯晶體管的狄拉克電壓，并向電壓產(chǎn)生器輸出第一反饋信號，如果石墨 烯晶體管截止，則第一反饋電壓指示第一柵極-源極電壓是狄拉克電壓。
如果第一反饋信號指示第一柵極-源極電壓不是狄拉克電壓，則電壓產(chǎn)生器可以 產(chǎn)生第二測試電壓，并且石墨烯晶體管可以基于第二測試電壓接收第二柵極-源極電壓， 而且檢測器可以檢測第二柵極-源極電壓是否是石墨烯晶體管的狄拉克電壓，并向電壓產(chǎn) 生器輸出第二反饋信號，如果石墨烯晶體管截止，則第二反饋電壓指示第二柵極-源極電 壓是狄拉克電壓。
根據(jù)另一示例實施例，一種操作包括石墨烯晶體管的半導體器件的方法包括產(chǎn) 生測試電壓；基于測試電壓向石墨烯晶體管施加柵極-源極電壓；檢測柵極-源極電壓是 否是石墨烯晶體管的狄拉克電壓；產(chǎn)生反饋信號，其指示柵極-源極電壓是否是狄拉克電 壓；以及基于反饋信號，確定是否更改測試電壓。
所述檢測柵極-源極電壓是否是石墨烯晶體管的狄拉克電壓的步驟可以包括通 過向石墨烯晶體管施加柵極-源極電壓，檢測石墨烯晶體管是否截止；以及如果檢測到石 墨烯晶體管截止，則將柵極-源極電壓檢測為狄拉克電壓。
可以基于存儲在存儲單元中的數(shù)據(jù)來產(chǎn)生測試電壓。
所述基于反饋信號來確定是否更改測試電壓的步驟可以包括當反饋信號指示柵 極-源極電壓不是狄拉克電壓時，更改存儲在存儲單元中的數(shù)據(jù)；以及基于已更改的數(shù)據(jù) 來更改測試電壓。
該方法可以進一步包括轉換從第二區(qū)域接收的輸入信號；以及向第一區(qū)域提供 通過轉換輸入信號獲得的輸出信號，其中第一區(qū)域是形成石墨烯晶體管的地方。
輸入信號可以包括截止電壓和電源電壓，而且所述轉換輸入信號的步驟可以包 括將截止電壓轉換為狄拉克電壓；以及將電源電壓轉換為石墨烯晶體管的工作電壓。
根據(jù)另一示例實施例，一種半導體器件包括石墨烯晶體管，具有基于測試電壓的 柵極-源極電壓；電壓產(chǎn)生器，被配置為產(chǎn)生響應于反饋信號而變化的測試電壓；以及檢測 器。檢測器被配置為檢測柵極-源極電壓是否是參考電壓；以及向電壓產(chǎn)生器輸出反饋信 號，其指示柵極-源極電壓是否是參考電壓。參考電壓可以是當石墨烯晶體管的傳導率最 小時的電壓電平。


通過下面結合附圖對實施例的描述，這些和/或其他方面將變得清楚且更加易于理解，其中
圖1是示出依據(jù)示例實施例的半導體器件的圖2是示出依據(jù)示例實施例的操作圖1的半導體器件的方法的流程圖3是示出石墨烯晶體管的特性的曲線圖4是示出依據(jù)示例實施例的包括在圖1的半導體器件中的電壓產(chǎn)生器的圖5是示出依據(jù)另一示例實施例的包括在圖1的半導體器件中的電壓產(chǎn)生器的圖6示出依據(jù)示例實施例的施加到圖5中所示的電壓產(chǎn)生器的信號與由電壓產(chǎn)生器產(chǎn)生的測試電壓之間的關系；
圖7是示出圖1的半導體器件的示例的電路圖8是示出圖1的半導體器件的另一示例的電路圖9是示出依據(jù)另一示例實施例的半導體器件的示意性透視圖10是示出依據(jù)另一示例實施例的半導體器件的示意性透視圖11是示出依據(jù)另一示例實施例的半導體器件的圖12示出依據(jù)示例實施例的圖11的信號轉換器；以及
圖13示出依據(jù)示例實施例的圖12中所示的信號轉換器的輸入信號和輸出信號之間的關系。
具體實施方式
現(xiàn)在將詳細參考實施例，其示例在附圖中示出，其中相似的引用數(shù)字始終指代相似的元件。這里，當前實施例可以具有不同的形式，而且不應當被解讀為限于這里闡明的描述。因此，僅僅是通過參照附圖在下面描述實施例，以解釋本描述的各方面。在這里使用時， 術語“和/或”包括一個或多個相關所列項的任何及所有組合。諸如“……中的至少一個” 的表述當位于一列元件之后時，修飾整列元件，而不是修飾該列中的單獨的元件。
現(xiàn)在將參照其中示出本發(fā)明的示例實施例的附圖更加全面地描述示例實施例。然而，本發(fā)明可以以多種不同的形式實現(xiàn)，而不應當被解讀為限于這里闡述的實施例；相反， 提供這些實施例以使得此公開將變得徹底而完整，并將向本領域技術人員全面地傳達本發(fā)明的構思。
這里使用的術語是僅是為了描述具體實施例的目的，而非意在限制示范性實施例。在這里使用時，單數(shù)形式“一”、“一個”和“該”意在同樣包括復數(shù)形式，除非上下文清楚地指出除外。還不難理解，這里使用的術語“包括”和/或“包含”指明所述特征、整數(shù)、 步驟、操作、部件、組件和/或其組的存在，然而不排除存在或增加一個或多個其他特征、整數(shù)、步驟、操作、部件、組件和/或其組。不難理解，雖然這里可以使用術語第一、第二等來描述各種元件，然而這些元件不應當被這些術語限制。這些術語只是用于將一個元件與另一個區(qū)分開來。在這里使用時，術語“和/或”包括一個或多個相關所列項的任何和所有組合。
不難理解，雖然這里可以使用術語第一、第二等來描述各種元件，然而這些元件不應該被這些術語限制。這些術語只是用于將一個元件與另一個區(qū)分開來。例如，可以將第 一元件稱為第二元件，而且類似地，可以將第二元件稱為第一元件，而不背離示例實施例的 范圍。
附圖中，例如，根據(jù)制造技術和/或公差，可以修改所示元件的形狀。因而，所述實 施例不應當被解讀為限于這里闡述的實施例，而應當包括例如制造期間引起的形狀上的變 化。
圖1是示出依據(jù)示例實施例的半導體器件SCD的圖,而圖2是示出依據(jù)示例實施 例的操作圖1的半導體器件SCD的方法的流程圖。
參照圖1和2，半導體器件S⑶可以包括石墨烯晶體管GTr、電壓產(chǎn)生器VGEN、和檢 測器DTEC。
石墨烯晶體管GTr是使用石墨烯作為半導體的晶體管。以下，為了區(qū)分石墨烯晶 體管GTr，使用并非由石墨烯形成的半導體的晶體管將被稱為一般晶體管。一般晶體管可以 通常使用硅作為半導體。本說明書中，任何不被稱為石墨烯晶體管的晶體管被假定為一般 晶體管。
圖3是示出石墨烯晶體管的特性的曲線圖。X軸表示石墨烯晶體管的柵極-源極 電壓Vgs，而y軸表示石墨烯晶體管的漏極-源極電流Ids。這里，假定石墨烯晶體管的漏 極-源極電壓是恒定的。
參照圖3，漏極-源極電流Ids與柵極-源極電壓Vgs之間的關系相對于石墨烯晶 體管的狄拉克電壓Vdr而變化。
如果柵極-源極電壓Vgs大于狄拉克電壓Vdr，則漏極-源極電流Ids隨著柵 極-源極電壓Vgs增加也增加。如果柵極-源極電壓Vgs小于狄拉克電壓Vdr，則漏極-源 極電流Ids隨著柵極-源極電壓Vgs增加而減少。
如果柵極-源極電壓Vgs與狄拉克電壓Vdr相同，則漏極-源極電流Ids成為最小 電流Imin。即，當石墨烯晶體管的柵極-源極電壓Vgs是狄拉克電壓Vdr時，石墨烯晶體管 的傳導率最小。以下，將狄拉克電壓Vdr定義為最小化石墨烯晶體管的傳導率的柵極-源 極電壓Vgs。狄拉克電壓Vdr對應于狄拉克點。而且，當石墨烯晶體管具有最低的傳導率 時，石墨烯晶體管被稱為處于截止狀態(tài)。
狄拉克電壓Vdr不總是固定的,例如狄拉克電壓Vdr可以由于帶電雜質(zhì)而移動。當 狄拉克電壓Vdr移動時，如果柵極-源極電壓Vgs保持恒定，則石墨烯晶體管的狀態(tài)可以改 變。因此，可能需要檢測狄拉克電壓Vdr。
圖3是狄拉克電壓Vdr的移動的示例的圖示。在狄拉克電壓Vdr移動之前的操作 電壓Vop的電流增益被稱為第一電流增益dll。在狄拉克電壓Vdr移動之后的操作電壓Vop 的電流增益被稱為第二電流增益dl2。
當?shù)依穗妷篤dr已經(jīng)移動時，電流增益可以減少，導致第二電流增益dl2低于第 一電流增益dlI。電流增益的該減少可以導致石墨烯晶體管工作中的錯誤，且可能產(chǎn)生漏電 流。
再次參照圖1到3，電壓產(chǎn)生器VGEN被配置為在操作SllO產(chǎn)生測試電壓Vt。在 操作S120，可以基于測試電壓Vt將柵極-源極電壓Vgs施加到石墨烯晶體管GTr。
檢測器DTEC被配置為在操作S130檢測柵極-源極電壓Vgs是否是石墨烯晶體管GTr的狄拉克電壓Vdr。為了檢測柵極-源極電壓是否是狄拉克電壓Vdr，檢測器DTEC可以 檢測石墨烯晶體管GTr是否截止。如果檢測到石墨烯晶體管GTr處于截止狀態(tài)，則檢測器 DTEC可以檢測柵極-源極電壓Vgs為狄拉克電壓Vdr。檢測器DTEC可以基于由漏極-源 極電壓Vds和漏極-源極電流Ids組成的組中的至少一個來檢測石墨烯晶體管GTr是否截止。
檢測器DTEC被配置為在操作S140輸出反饋信號Sfb，其指示柵極-源極電壓Vgs 是否是狄拉克電壓Vdr?？梢詫⒎答佇盘朣fb施加到電壓產(chǎn)生器VGEN。
電壓產(chǎn)生器VGEN被配置為在操作S150基于反饋信號Sfb來確定是否更改測試電 壓Vt。如果反饋信號Sfb指示柵極-源極電壓Vgs不是狄拉克電壓Vdr，則電壓產(chǎn)生器VGEN 可以更改測試電壓Vt。電壓產(chǎn)生器VGEN可以更改測試電壓Vt直到收到指示柵極-源極電 壓Vgs是狄拉克電壓Vdr的反饋信號Sfb。
如上所述，根據(jù)一個或多個示例實施例，可以檢測石墨烯晶體管的狄拉克電壓 Vdr。通過檢測狄拉克電壓Vdr,可以防止石墨烯晶體管的故障。
圖4是示出依據(jù)示例實施例的包括在圖1的半導體器件S⑶中的電壓產(chǎn)生器VGEN 的圖。
參照圖4，電壓產(chǎn)生器VGEN可以包括存儲單元SU、存儲調(diào)節(jié)單元SREG、和電壓調(diào)節(jié) 單元VREG。
電壓調(diào)節(jié)單元VREG被配置為基于存儲單元SU中存儲的數(shù)據(jù)DTA來產(chǎn)生測試電壓 VU存儲調(diào)節(jié)單元SREG被配置為控制存儲單元SU以調(diào)節(jié)存儲在存儲單元中的數(shù)據(jù)DTA。 存儲調(diào)節(jié)單元SREG可以基于反饋信號Sfb來調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)DTA。
電壓調(diào)節(jié)單元VREG可以包括第一可變電阻器110、第二可變電阻器120、放大器 130、晶體管140、和電容器150。晶體管140可以是P型晶體管。第一可變電阻器110的電 阻被稱為第一電阻Rdl，而第二可變電阻器120的電阻被稱為第二電阻Rd2。
第一可變電阻器110和第二可變電阻器120可以串聯(lián)連接?？梢曰诘谝浑娮?Rdl與第二電阻Rd2之間的比率在測試電壓Vt和偏置電壓VBB之間產(chǎn)生分壓Vdv。偏置電 壓VBB可以是負電壓。可以根據(jù)如下所示的公式I來確定分壓Vdv。
[公式I]
Vdv=[(Vt-VBB)RdI/(Rdl+Rd2)]+VBB
放大器130被配置為接收第一參考電壓Vrefl和分壓Vdv，并輸出放大電壓?？梢?將放大電壓施加到晶體管140的柵極。
如果分壓Vdv小于第一參考電壓Vref I，則放大電壓處于低狀態(tài)，從而導通晶體管 140。隨著晶體管140的導通，向電容器150充電，且測試電壓Vt逐漸增加。因此，隨著測 試電壓Vt逐漸增加，分壓Vdv根據(jù)公式I也逐漸增加。
隨著分壓Vdv逐漸增加至大于第一參考電壓Vrefl，放大電壓處于高狀態(tài)，從而截 止晶體管140。隨著晶體管140的截止，電容器150放電且測試電壓Vt減小。因此，隨著測 試電壓Vt的減小，分壓Vdv根據(jù)公式I也減小。
當分壓Vdv減小至小于第一參考電壓Vrefl時，晶體管140再次導通，導致測試電 壓Vt增加。
即，隨著晶體管140重復地導通和截止，分壓Vdv可以集中到第一參考電壓Vrefl，而測試電壓Vt可以集中到下面的公式2。
[公式2]
Vt=[(Vrefl-VBB)(Rdl+Rd2)/Rdl]+VBB
可以通過存儲單元SU中存儲的數(shù)據(jù)DTA來調(diào)節(jié)第一電阻Rdl與第二電阻Rd2之 間的比率，并且可以通過存儲調(diào)節(jié)單元SREG來調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)DTA。從而，當數(shù)據(jù)DTA變化時，測 試電壓Vt可以根據(jù)公式2變化。
圖5是示出依據(jù)另一示例實施例的圖1的半導體器件SCD中包括的電壓產(chǎn)生器的 圖。圖5的電壓產(chǎn)生器可以是圖4的電壓產(chǎn)生器的變體。所以，省略已經(jīng)參照圖4提供的 電壓產(chǎn)生器的描述。
參照圖5，第一和第二可變電阻器IlOa和IlOb可以包括多個電阻器RO到R8以及 開關晶體管SO到S7。存儲單元SU可以包括鎖存器LO到L7。存儲調(diào)節(jié)單元SREG可以包 括計數(shù)器COUN和AND門。圖5是示例實施例的示意圖，而電阻器、開關晶體管、和鎖存器的 數(shù)目不限于圖5中所示的數(shù)目。
可以將開關晶體管SO到S7的每一個的漏極和源極連接到多個電阻器RO到R7中 的相應的電阻器的兩端，使得每個開關晶體管SO到S7與多個電阻器RO到R7中的相應的電 阻器并聯(lián)?？梢詫㈤_關晶體管SO到S7的柵極連接到對應的鎖存器LO到L7。可以由對應 的鎖存器LO到L7來控制每一開關晶體管SO到S7的導通與否。例如，開關晶體管S2與電 阻器R2的兩端連接，且開關晶體管S2與鎖存器L2連接，使得如果鎖存器L2中存儲了“ I ”， 則繞過并聯(lián)的電阻器R2而導通開關晶體管S2。從計數(shù)器COUN輸出的數(shù)據(jù)DTA可以存儲在 存儲單元SU的多個鎖存器LO到L7中。例如，如果數(shù)據(jù)DTA是8比特，可以將數(shù)據(jù)DTA的 從最低有效位到最高有效位的數(shù)據(jù)分別順序地存儲在鎖存器LO到鎖存器L7中。如果數(shù)據(jù) DTA是“ObllOO 1000”，則可以將它存儲在多個鎖存器LO到L7中，以使得LSB “O”存儲在 鎖存器LO中，而第二位“O”存儲在鎖存器LI中。如果從鎖存器LO到鎖存器L7順序地存 儲“1100 1000”，則繞過對應的電阻器R3、R6和R7而導通晶體管S3、S6和S7。從而，第一 電阻Rdl為“R0+R1+R2”，而第二電阻Rd2為“R4+R5+R8”。然而，可以用各種方式在多個鎖 存器LO到L7中存儲數(shù)據(jù)DTA，而不限于該示范示例中的布置。
電阻器RO到R8可以具有彼此相同或不相同的各種電阻。而且，可以設置電阻器 RO到R8的電阻以使得“(Rdl+Rd2) /Rdl”隨著數(shù)據(jù)DTA的值的增加而增加。該情況下，隨 著數(shù)據(jù)DTA的值增加，測試電壓Vt增加(見公式2)。
存儲調(diào)節(jié)單元SREG的計數(shù)器COUN被配置為調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)DTA的值。計數(shù)器COUN可 以包括重置端子RT、時鐘端子CT、和輸出端子0T。重置端子RT接收重置信號RST，而時鐘 端子CT接收門輸出信號Sag，其是AND門的輸出。輸出端子OT可以與存儲單元SU連接，且 被配置為輸出數(shù)據(jù)DTA?？梢詫⑤敵鰯?shù)據(jù)DTA存儲在存儲單元SU中。
當重置信號RST被施加到重置端子RT時，可以初始化計數(shù)器C0UN。
存儲調(diào)節(jié)單元SREG的AND門被配置為將門輸出信號Sag施加到計數(shù)器COUN的時 鐘端子CT。門輸出信號Sag可以是通過對使能信號EN、時鐘信號CLK、和反饋信號Sfb執(zhí)行 AND門操作而獲得的信號。
計數(shù)器COUN被配置為基于施加到時鐘端子CT的門輸出信號Sag來調(diào)節(jié)存儲在存 儲單元SU中的數(shù)據(jù)DTA的值，并經(jīng)由輸出端子OT輸出已調(diào)節(jié)的數(shù)據(jù)DTA。
圖6不出依據(jù)不例實施例的施加到圖5中所不的電壓產(chǎn)生器VGEN的信號與測試 電壓Vt之間的關系。然而，圖6是為了描述方便的示例，且電壓產(chǎn)生器VGEN的操作不限于 圖6的示例。
參照圖5和6，將處于高狀態(tài)HS的重置信號RST施加到計數(shù)器COUN以初始化計數(shù) 器C0UN。處于高狀態(tài)HS的使能信號EN施加到AND門之前，施加到計數(shù)器COUN的時鐘端子 CLK的門輸出信號Sag —直處于低狀態(tài)LS，因而計數(shù)器COUN不工作。
一旦使能信號EN從低狀態(tài)LS變?yōu)楦郀顟B(tài)HS，則檢測時段DT開始。在檢測時段DT 期間，將具有與時鐘信號CLK的波形相同的波形的門輸出信號Sag提供至計數(shù)器COUN的時 鐘端子CT。計數(shù)器COUN輸出數(shù)據(jù)DTA，其值在檢測時段DT中時鐘信號CLK的第一時段Tl 到第五時段T5的每一個中加1，并且在存儲單元SU中存儲輸出數(shù)據(jù)DTA。
檢測時段DT可以以多種方式開始。例如，檢測時段DT可以在半導體器件SCD(見 圖1)被制造、通電、或初始化時開始。例如，使能信號EN可以在半導體器件SCD的制造時 間、加電時間、或初始化時間的一個或多個處命令檢測時段DT開始。
替換地，檢測時段DT可以定期地或不定期地開始。在檢測時段DT不定期地開始 的情況下，它可以在通過溫度補償電路檢測到的溫度變化等于或大于臨界值時開始。然而， 上述檢測時段的開始條件是示例，開始時段DT的開始條件不限于此。
在檢測時段DT開始之前，由重置信號RST初始化計數(shù)器C0UN，從而計數(shù)器COUN可 以從O開始計數(shù)。
在檢測時段DT的第一時段Tl中，計數(shù)器COUN的輸出端子OT輸出0(=b00000000) 作為數(shù)據(jù)DTA。電壓產(chǎn)生器VGEN的電壓調(diào)節(jié)單元VREG基于在第一時段Tl具有值O的數(shù) 據(jù)DTA (存儲在存儲單元SU中)產(chǎn)生測試電壓Vt，且測試電壓Vt在第一時段Tl期間穩(wěn)定 為第一測試電壓Vtl。
反饋信號Sfb在第一時段Tl期間保持在低狀態(tài)，因而計數(shù)器COUN在第二時段T2 將數(shù)據(jù)DTA的值從O (=0b00000000)增加到I (=0b00000001 )。電壓產(chǎn)生器VGEN的電壓調(diào) 節(jié)單元VREG基于在第二時段T2具有值I的數(shù)據(jù)DTA產(chǎn)生測試電壓Vt，且測試電壓Vt在第 二時段T2期間穩(wěn)定為第二測試電壓Vt2。
以這種方式繼續(xù)，在第五時段T5，數(shù)據(jù)DTA是4 (=0b00000100)，并產(chǎn)生對應于數(shù) 據(jù)DTA的測試電壓Vt，且在第五時段T5期間，測試電壓Vt穩(wěn)定為第五測試電壓Vt5。
在第五時段T5期間，反饋信號Sfb從低狀態(tài)LS轉變到高狀態(tài)HS。反饋信號Sfb 的轉變可以表示檢測器DTEC (見圖1)已經(jīng)檢測到狄拉克電壓Vdr (見圖3)，如將在下面詳 細描述的。當反饋信號Sfb變?yōu)楦郀顟B(tài)HS時，門輸出信號Sag變?yōu)榈蜖顟B(tài)LS，因而計數(shù)器 COUN不工作。從而，在該示例中，存儲單元SU中存儲的數(shù)據(jù)DTA固定為4?；谑鼓苄盘?EN開始的檢測時段DT可以基于反饋信號Sfb而終止。
圖7示出圖1的半導體器件SCD的示例實施例。圖7中，詳細示出圖1的半導體 器件S⑶的檢測器DTEC。除了檢測器DTEC之外，上述圖1的半導體器件SCE的其他元件的 描述可以適用于圖7。因此，為了簡明，省略重復的描述。
參照圖7，半導體器件S⑶的檢測器DTEC可以包括電流源210和放大器220。電 流源210被配置為提供參考電流Ir?？梢詫㈦娏髟?10和放大器220連接至石墨烯晶體管 GTr的漏極。
放大器220被配置為接收檢測電壓Vd和第二參考電壓Vref2，其中檢測電壓Vd是石墨烯晶體管GTr的漏極電壓，并輸出可以被反饋至電壓產(chǎn)生器VGEN的反饋信號Sfb。
當檢測電壓Vd小于第二參考電壓Vref2時，反饋信號Sfb處于低狀態(tài)。當檢測電壓Vd大于第二參考電壓Vref2時，將反饋信號Sfb從低狀態(tài)觸發(fā)至高狀態(tài)。
檢測器DTEC可以進一步包括檢測存儲單元DSU，其可以存儲反饋信號Sfb。
石墨烯晶體管GTr的柵極被配置為接收由電壓產(chǎn)生器VGEN產(chǎn)生的測試電壓Vt。 石墨烯晶體管的源極接收地電壓VSS?？梢詫⑹┚w管的漏極連接至檢測器DTEC。從而，檢測電壓Vd可以是石墨烯晶體管GTr的漏極-源極電壓。
石墨烯晶體管的漏極-源極電流是參考電流Ir，因而是恒定的，因此，可以由測試電壓Vt (其是柵極-源極電壓)來確定石墨烯晶體管GTr的檢測電壓Vd。
石墨烯晶體管GTr可以作為具有根據(jù)測試電壓Vt來控制的電阻的電阻器而工作， 且根據(jù)參考電流Ir和電阻來確定檢測電壓Vd。
如果測試電壓Vt是狄拉克電壓VdK見圖3)，則石墨烯晶體管GTr可以截止，因而石墨烯晶體管GTr將具有相對最低的傳導率和最大的電阻。從而，檢測電壓Vd變?yōu)樽畲蟆?例如，檢測電壓Vd的最大值可以是電源電壓VDD。
可以將第二參考電壓Vref2設置為使得檢測到最大檢測電壓Vd。例如，當?shù)诙⒖茧妷篤ref2被設置為具有略低于最大漏電壓的值時，石墨烯晶體管截止且檢測電壓Vd變?yōu)樽畲?，從而將反饋信號Sfb從低狀態(tài)觸發(fā)至高狀態(tài)。觸發(fā)反饋信號Sfb的測試電壓Vt可以被檢測為狄拉克電壓Vdr。
再次參照圖6中所示的示例，當測試電壓Vt是第五測試電壓Vt5時，反饋信號Sfb 從低狀態(tài)LS轉換到高狀態(tài)HS。從而，可以將第五測試電壓Vt5檢測為狄拉克電壓Vdr。
圖8示出圖1的半導體器件S⑶的另一示例實施例。
參照圖8，石墨烯晶體管GTr的柵極被配置為接收固定的柵極電壓Vgf。石墨烯晶體管GTr的源極被配置為接收由電壓產(chǎn)生器VGEN產(chǎn)生的測試電壓Vt?？梢詫⑹┚w管GTr的漏極連接至檢測器DTEC。
圖8的檢測器DTEC的結構與圖7中所示的檢測器DTEC的結構基本相同。因此， 圖7的檢測器DTEC的描述可以適用于圖8的檢測器DTEC。
然而，圖7中石墨烯晶體管GTr的柵極接收測試電壓Vt，而其源極接收地電壓 VSS0 S卩，圖7中石墨烯晶體管GTr的柵極-源極電壓是測試電壓Vt，而圖8中石墨烯晶體管GTr的柵極-源極電壓是固定的柵極電壓Vgf與測試電壓Vt之間的差。而且，雖然圖7 中的檢測電壓Vd是石墨烯晶體管GTr的漏極-源極電壓，但圖8中的檢測電壓Vd是測試電壓Vt與石墨烯晶體管GTr的漏極-源極電壓之和。
雖然在圖7和8 二者的實施例中施加有測試電壓Vt的端子以及檢測電壓Vd可以不同，但是在圖7和8的半導體器件SCD 二者中都是基于測試電壓Vt來施加柵極-源極電壓到石墨烯晶體管GTr，因而在兩個示例實施例中都可以檢測石墨烯晶體管GTr的狄拉克電壓Vdr。
電壓產(chǎn)生器VGEN可以包括存儲單元SU、存儲調(diào)節(jié)單元SREG、和電壓調(diào)節(jié)單元 VREG0圖4到6的存儲單元SU和 存儲調(diào)節(jié)單元SREG的描述也可以適用于圖7和8中的SU 和SREG。因此，為了簡明，省略重復的描述。
圖8的電壓調(diào)節(jié)單元VREG可以包括第一可變電阻器110、第二可變電阻器120、放大器130p和130η、晶體管140ρ和140η、以及電容器150。除了放大器130ρ和130η以及晶體管140ρ和140η之外，圖8的電壓調(diào)節(jié)單元VREG的結構類似于圖4和5的電壓調(diào)節(jié)單元 VREG的結構。晶體管140ρ可以是P型晶體管，而晶體管140η可以是N型晶體管。
將放大器130ρ的輸出施加到晶體管140ρ的柵極。晶體管140ρ被配置為當晶體管140ρ的分壓Vdv小于第三參考電壓Vref3時導通，而當其分壓Vdv大于第三參考電壓 Vref3時截止。
可以將放大器130η的輸出施加到晶體管140η的柵極。晶體管140η被配置為當晶體管140η的分壓Vdv大于第四參考電壓Vref4時導通，而當其分壓Vdv小于第四參考電壓Vref4時截止。
如果分壓Vdv小于第三參考電壓Vref3且也小于第四參考電壓Vref4，則在產(chǎn)生測試電壓Vt的初始階段，只有第一晶體管140p可以導通以產(chǎn)生正的測試電壓Vt。
如果初始分壓Vdv大于第三參考電壓Vref 3且也大于第四參考電壓Vref4，則只有晶體管130η可以導通以產(chǎn)生負的測試電壓Vt。
可以基于地電壓VSS與偏置電壓VBB之間的第一電阻Rdl和第二電阻Rd2的比率來確定初始階段的分壓Vdv?？梢曰诘谝浑娮鑂dl和第二電阻Rd2的各種比率產(chǎn)生從負電壓到正電壓的各種電壓作為測試電壓Vt。
圖9是示出依據(jù)另一示例實施例的半導體器件SCD的示意性透視圖。
參照圖9，半導體器件S⑶可以包括第一區(qū)域RGl和第二區(qū)域RG2。第一區(qū)域RGl 可以包括石墨烯，而 第二區(qū)域RG2可以不包括石墨烯。石墨烯晶體管GTr (見圖1)可以形成于第一區(qū)域RGl中。電壓產(chǎn)生器VGEN (見圖1)和檢測器DTEC (見圖1)可以形成于第二區(qū)域RG2中。第二區(qū)域RG2可以包括硅(Si)來代替石墨烯。晶體管，例如晶體管140(見圖 4)，可以形成于第二區(qū)域RG2中，且可以是一般晶體管而不是石墨烯晶體管。第一區(qū)域RGl 可以包括第一焊盤HH，且第二區(qū)域RG2可以包括第二焊盤TO2。可以經(jīng)由信號線SL連接第一區(qū)域RGl的第一焊盤PDl和第二區(qū)域RG2的第二焊盤TO2。圖9中所示的每一區(qū)域包括單個焊盤，然而，圖9是為了描述方便的示例，而且每一區(qū)域可以包括多個焊盤，并可以經(jīng)由該多個焊盤向/從第一區(qū)域RGl和第二區(qū)域RG2發(fā)送/接收信號。
圖10是示出依據(jù)另一示例實施例的半導體器件SCD的示意性透視圖。
參照圖10，半導體器件S⑶可以包括第一層LAl和第二層LA2。第一層LAl可以包括石墨烯，而第二層LA2可以不包括石墨烯。石墨烯晶體管GTr (見圖1)可以形成于第一層LAl中。電壓產(chǎn)生器VGEN (見圖1)和檢測器DTEC (見圖1)可以形成于第二層LA2中。 第二層LA2可以包括硅(Si)代替石墨烯。晶體管，例如晶體管140 (見圖4)，可以形成于第二層LA2中，且可以是一般晶體管而不是石墨烯晶體管。
第一層LAl可以包括第一焊盤HH，且第二層LA2可以包括第二焊盤TO2?？梢越?jīng)由信號線SL連接第一層LAl的第一焊盤PDl和第二層LA2的第二焊盤TO2。圖10中所示的每一層包括單個焊盤，然而，圖10是為了描述方便的示例，而且每一層可以包括多個焊盤，并可以經(jīng)由該多個焊盤向/從第一層LAl和第二層LA2發(fā)送/接收信號。
雖然使用焊盤PDl和PD2來經(jīng)由第一層LAl和第二層LA2發(fā)送或接收信號，然而也可以通過觸點(contact)來經(jīng)由第一層LAl和第二層LA2發(fā)送或接收信號，如本領域所公知的。
如圖9和10中所示，在其中形成石墨烯晶體管的第一區(qū)域RGl或第一層LA1、以及 在其中形成不使用石墨烯的一般晶體管的第二區(qū)域RG2或第二層LA2可以是彼此物理分離 的。
圖11是示出依據(jù)另一示例實施例的半導體器件S⑶的圖。
參照圖11，半導體器件S⑶包括第一區(qū)域RGl和第二區(qū)域RG2(見圖9)。替換地， 半導體器件S⑶可以包括如圖10中所示彼此垂直堆疊的第一層LAl和第二層LA2。
多個石墨烯晶體管GTrl到GTrN可以形成于第一區(qū)域RGl中。電壓產(chǎn)生器VGEN、 檢測器DTEC和信號轉換器CONV可以形成于第二區(qū)域RG2中。
半導體器件S⑶被配置為使用電壓產(chǎn)生器VGEN和檢測器DTEC來檢測第一石墨烯 晶體管GTrl的狄拉克電壓Vdr。為了檢測狄拉克電壓Vdr，可以使用石墨烯晶體管GTrl，其 可以是多個石墨烯晶體管GTrl到GTrN之一?？梢詫⑼ㄟ^使用石墨烯晶體管GTrl而檢測 到的狄拉克電壓Vdr假定為所述多個石墨烯晶體管GTrl到GTrN的公共狄拉克電壓Vdr。
替換地，可以根據(jù)多個石墨烯晶體管GTrl到GTrN的每一個來檢測狄拉克電壓。替 換地，可以將多個石墨烯晶體管GTrl到GTrN劃分成鄰近的石墨烯晶體管的組?？梢愿鶕?jù) 每一組來檢測一個石墨烯晶體管的狄拉克電壓Vdr，且可以使用其作為對應的組的公共狄 拉克電壓。上面已經(jīng)描述了檢測狄拉克電壓Vdr的方法，而為了簡明，省略重復的描述。
截止石墨烯晶體管GTr的狄拉克電壓Vdr和截止一般晶體管的截止電壓可以不 同。同樣，驅動石墨烯晶體管GTr的工作電壓和用于驅動一般晶體管的電源電壓可以不同。 所以，當在第一區(qū)域RGl和第二區(qū)域RG2之間發(fā)送或接收信號時，由于狄拉克電壓Vdr和截 止電壓之間的不同以及工作電壓和電源電壓之間的不同，可能產(chǎn)生漏電流。
為了避免該問題，信號轉換器CONV可以將一般晶體管的信號轉換為石墨烯晶體 管GTr的信號。信號轉換器可以從第二區(qū)域RG2接收輸入信號IN，并輸出通過轉換輸入信 號IN獲得的輸出信號OUT。可以將輸出信號OUT提供至第一區(qū)域RGl。
圖12示出依據(jù)示例實施例的圖11的信號轉換器C0NV，而圖13示出圖12中所示 的信號轉換器CONV的輸入信號IN和輸出信號OUT之間的關系的不例。
參照圖11到13，信號轉換器CONV可以將一般晶體管的截止電壓Voff (例如0V) 轉換為狄拉克電壓Vdr，或將一般晶體管的電源電壓VDD轉換為石墨烯晶體管GTr的工作電 壓 Vop。
信號轉換器CONV可以包括多個晶體管TRl到TR4和反相器INV。晶體管TRl和 TR2可以是P型晶體管，而晶體管TR3和TR4可以是N型晶體管。
晶體管TRl可以包括源極，被配置為接收工作電壓Vop ;柵極，被配置為接收輸入 信號IN ;以及漏極，可以與晶體管TR3的漏極和晶體管TR4的柵極連接。
晶體管TR2可以包括源極，被配置為接收工作電壓Vop ;柵極，被配置為接收通過 反相器INV已反相的輸入信號IV ;以及漏極，可以與晶體管TR4的漏極及晶體管TR3的柵 極連接。
第三和第四晶體管TR3和TR4的源極可以接收狄拉克電壓Vdr?？梢詮碾妷寒a(chǎn)生 器VGEN提供狄拉克電壓Vdr。
可以將信號轉換器CONV的輸出端與晶體管TR2的漏極、晶體管TR3的柵極、和晶體管TR4的漏極連接。
如果輸入信號IN是一般晶體管的截止電壓Voff，則晶體管TRl導通，且因為晶體 管TR4的柵極接收到工作電壓Vop，所以晶體管TR4導通。相應地，輸出信號OUT是狄拉克 電壓Vdr。這里，晶體管TR2由于反相的輸入信號IN而截止，且因為晶體管TR3的柵極接收 到狄拉克電壓Vdr，所以晶體管TR3截止。
當輸入信號IN是電源電壓VDD時，晶體管TR2和TR3導通，而晶體管TRl和TR4 截止。相應地，信號轉換器CONV的輸出信號OUT是工作電壓Vop。
如上所述，信號轉換器CONV被配置為將一般晶體管的截止電壓Voff轉換為石墨 烯晶體管GTr的狄拉克電壓Vdr，并將一般晶體管的電源電壓VDD轉換為石墨烯晶體管GTr 的工作電壓Vop。信號轉換器CONV可以輸出輸出信號OUT至第一區(qū)域RGl，并可以通過狄 拉克電壓Vdr和工作電壓Vop驅動第一區(qū)域RGl的石墨烯晶體管GTr。
如上所述，根據(jù)一個或多個以上示例實施例，可以提供包括石墨烯晶體管的半導 體器件以及高效地操作該包括石墨烯晶體管的半導體器件的方法。
根據(jù)一個或多個以上示例實施例，可以檢測石墨烯晶體管的狄拉克電壓。通過檢 測狄拉克電壓，可以防止石墨烯晶體管的故障。
另外，通過使用檢測的狄拉克電壓來操作石墨烯晶體管，可以減少漏電流的產(chǎn)生。
已經(jīng)參照附圖和說明書描述了示例實施例。這里使用的術語只是出于示范實施例 的目的，而不應該解釋為限制如權利要求書中描述的實施例的含義或范圍。因此，對于本領 域技術人員不難理解，可以對其進行形式和細節(jié)上的各種變化而不脫離由所附權利要求限 定的本發(fā)明的實施例的精神和范圍。因而，實施例的范圍不是由本發(fā)明的詳細描述而是由 所附權利要求來限定，且該范圍內(nèi)所有的差異將被解釋為包含于實施例中。
權利要求
1.一種半導體器件，包括 電壓產(chǎn)生器，被配置為產(chǎn)生測試電壓； 石墨烯晶體管，被配置為基于測試電壓接收柵極-源極電壓；以及檢測器，被配置為檢測柵極-源極電壓是否是石墨烯晶體管的狄拉克電壓，并輸出施加于電壓產(chǎn)生器的反饋信號，其指示柵極-源極電壓是否是狄拉克電壓。
2.如權利要求1所述的半導器件，其中檢測器被配置為檢測石墨烯晶體管是否截止，并且 如果檢測到石墨烯晶體管截止，則檢測器將柵極-源極電壓檢測為狄拉克電壓。
3.如權利要求2所述的半導體器件，其中檢測器被配置為基于石墨烯晶體管的漏極-源極電壓和漏極-源極電流中的至少一個來檢測石墨烯晶體管是否截止。
4.如權利要求3所述的半導體器件，其中如果反饋信號指示柵極-源極電壓不是狄拉克電壓，則電壓產(chǎn)生器被配置為更改測試電壓。
5.如權利要求4所述的半導體器件，其中電壓產(chǎn)生器包括 電壓調(diào)節(jié)單元，被配置為基于存儲在存儲單元中的數(shù)據(jù)產(chǎn)生測試電壓；以及 存儲調(diào)節(jié)單元，被配置為基于反饋信號來調(diào)節(jié)存儲在存儲單元中的數(shù)據(jù)。
6.如權利要求5所述的半導體器件，其中 電壓調(diào)節(jié)單元包括第一可變電阻器和第二可變電阻器，而且被配置為基于第一可變電阻器的第一電阻與第二可變電阻器的第二電阻的比率產(chǎn)生測試電壓，并且電壓調(diào)節(jié)單元被配置為基于數(shù)據(jù)來確定第一電阻與第二電阻的比率。
7.如權利要求6所述的半導體器件，其中在檢測時段期間，存儲調(diào)節(jié)單元被配置為更改數(shù)據(jù)以使得測試電壓周期性地增加。
8.如權利要求7所述的半導體器件，其中檢測時段基于使能信號開始，而且當反饋信號指示柵極-源極電壓是狄拉克電壓時結束。
9.如權利要求8所述的半導體器件，其中使能信號基于半導體器件的制造時間、加電時間、和初始化時間中的至少一個指示檢測時段的開始。
10.如權利要求1所述的半導體器件，其中石墨烯晶體管形成于包括石墨烯的第一區(qū)域內(nèi)，而電壓產(chǎn)生器和檢測器形成于不包括石墨烯的第二區(qū)域內(nèi)。
11.如權利要求10所述的半導體器件，進一步包括 信號轉換器，其形成于第二區(qū)域內(nèi)，信號轉換器被配置為從第二區(qū)域接收輸入信號并且輸出通過轉換輸入信號獲得的輸出信號， 其中向第一區(qū)域提供輸出信號。
12.如權利要求11所述的半導體器件，其中輸入信號包括截止電壓和電源電壓，并且 信號轉換器被配置為將截止電壓轉換為狄拉克電壓，而且將電源電壓轉換為石墨烯晶體管的工作電壓。
13.一種半導體器件，包括 電壓產(chǎn)生器，被配置為產(chǎn)生第一測試電壓； 石墨烯晶體管，被配置為基于第一測試電壓接收第一柵極-源極電壓；以及檢測器，被配置為檢測第一柵極-源極電壓是否是石墨烯晶體管的狄拉克電壓，并向電壓產(chǎn)生器輸出第一反饋信號，如果石墨烯晶體管截止，則第一反饋信號指示第一柵極-源極電壓是狄拉克電壓。
14.如權利要求13所述的半導體器件，其中當?shù)谝环答佇盘栔甘镜谝粬艠O-源極電壓不是狄拉克電壓時，電壓產(chǎn)生器被配置為產(chǎn)生第二測試電壓，并且 石墨烯晶體管被配置為基于第二測試電壓接收第二柵極-源極電壓，并且檢測器被配置為檢測第二柵極-源極電壓是否是石墨烯晶體管的狄拉克電壓，并向電壓產(chǎn)生器輸出第二反饋信號，如果石墨烯晶體管截止，則第二反饋信號指示第二柵極-源極電壓是狄拉克電壓。
15.一種操作包括石墨烯晶體管的半導體器件的方法，該方法包括 產(chǎn)生測試電壓； 基于測試電壓向石墨烯晶體管施加柵極-源極電壓； 檢測柵極-源極電壓是否是石墨烯晶體管的狄拉克電壓； 產(chǎn)生反饋信號，其指示柵極-源極電壓是否是狄拉克電壓；以及 基于反饋信號，確定是否更改測試電壓。
16.如權利要求15所述的方法，其中檢測柵極-源極電壓是否是石墨烯晶體管的狄拉克電壓的步驟包括 通過向石墨烯晶體管施加柵極-源極電壓，檢測石墨烯晶體管是否截止；以及 如果檢測到石墨烯晶體管截止，則將柵極-源極電壓檢測為狄拉克電壓。
17.如權利要求16所述的方法，其中基于存儲在存儲單元中的數(shù)據(jù)來產(chǎn)生測試電壓。
18.如權利要求17所述的方法，其中基于反饋信號確定是否更改測試電壓的步驟包括 當反饋信號指示柵極-源極電壓不是狄拉克電壓時，更改存儲在存儲單元中的數(shù)據(jù)；以及 基于已更改的數(shù)據(jù)來更改測試電壓。
19.如權利要求15所述的方法，進一步包括 轉換從第二區(qū)域接收的輸入信號；以及 向第一區(qū)域提供通過轉換輸入信號獲得的輸出信號， 其中第一區(qū)域是形成石墨烯晶體管的地方。
20.如權利要求19所述的方法，其中輸入信號包括截止電壓和電源電壓，并且 轉換輸入信號的步驟包括 將截止電壓轉換為狄拉克電壓；以及 將電源電壓轉換為石墨烯晶體管的工作電壓。
21.一種半導體器件，包括 石墨烯晶體管，具有基于測試電壓的柵極-源極電壓； 電壓產(chǎn)生器，被配置為產(chǎn)生響應于反饋信號而變化的測試電壓；以及 檢測器，被配置為 檢測柵極-源極電壓是否是參考電壓；以及 向電壓產(chǎn)生器輸出反饋信號，其指示柵極-源極電壓是否是參考電壓。
22.如權利要求21所述的半導體器件，其中參考電壓是石墨烯晶體管的傳導率最小時的電壓電平。
23.如權利要求21所述的半導體器件，其中電壓產(chǎn)生器進一步被配置為，如果反饋信號指示柵極-源極電壓不是參考電壓，則變更產(chǎn)生的測試電壓。
24.如權利要求21所述的半導體器件，其中柵極-源極電壓是測試電壓和固定柵極電壓與測試電壓之間的差中的一個。
25.如權利要求21所述的半導體器件，其中電壓產(chǎn)生器包括電壓調(diào)節(jié)單元，其被配置為基于反饋信號產(chǎn)生測試電壓。
26.如權利要求25所述的半導體器件，其中電壓調(diào)節(jié)單元包括 運算放大器，被配置為將數(shù)據(jù)電壓與第一參考電壓對比；以及 多個電阻器，被配置為根據(jù)反饋信號產(chǎn)生可變電阻，以使得提供給運算放大器的數(shù)據(jù)電壓變化。
全文摘要
半導體器件和操作該半導體器件的方法。該半導體器件包括電壓產(chǎn)生器，被配置為產(chǎn)生測試電壓；石墨烯晶體管，被配置為基于測試電壓接收柵極-源極電壓；以及檢測器，被配置為檢測柵極-源極電壓是否是石墨烯晶體管的狄拉克電壓，并輸出施加于電壓產(chǎn)生器的反饋信號，其指示柵極-源極電壓是否是狄拉克電壓。
文檔編號G11C11/40GK103000220SQ20121032490
公開日2013年3月27日 申請日期2012年9月5日 優(yōu)先權日2011年9月16日
發(fā)明者金鎬正, 鄭佑仁, 申在光 申請人:三星電子株式會社