[發明專利]基于二維薄膜的超陡亞閾值擺幅場效應晶體管及制備方法

有效

• 申請號: 201810290740.1
• 申請日: 2018-04-03
• 公開（公告）號: CN108511519B
• 公開（公告）日: 2021-04-16
• 發明（設計）人: 任天令;田禾;吳凡;王雪峰;楊軼
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H01L29/49
• 分類號: H01L29/49;H01L29/78
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 王瑩;吳歡燕

本發明實施例提供了一種基于二維薄膜的超陡亞閾值擺幅場效應晶體管，包括：襯底、第一電極、第二電極、阻變層、二維薄膜、背柵控制信號裝置及源漏信號輸入裝置。本發明實施例還提供了一種基于二維薄膜的超陡亞閾值擺幅場效應晶體管的制備方法，用來制備所述基于二維薄膜的超陡亞閾值擺幅場效應晶體管。本發明可以實現場效應晶體管的超陡亞閾值擺幅效果。

技術領域

本發明實施例涉及場效應晶體管邏輯器件領域，尤其涉及一種基于二維薄膜的超陡亞閾值擺幅場效應晶體管及制備方法。

背景技術

隨著摩爾定律的發展，集成電路的尺寸越來越小，性能逐漸提升，然而隨著尺寸的縮小，系統的靜態功耗凸顯并已成為目前亟待克服的問題。由于硅基晶體管基于熱載流子發射原理限制，存在亞閾值擺幅60mV/dec的理論極限，但新型超陡亞閾值擺幅器件能夠使晶體管在極低電壓下工作，因此受到了廣泛關注，目前的超陡亞閾值擺幅器件主要分為三類：隧穿晶體管，負電容晶體管，納電動繼電器。

隧穿晶體管主要利用在襯底上相反摻雜的半導體材料以完成更低的亞閾值擺幅。隧穿晶體管的工作原理主要是通過控制柵極電壓，以完成本征區能帶的變化，進而控制因量子隧道效應而產生的電流而獲得低的亞閾值擺幅。

負電容晶體管主要在柵極上利用鐵電材料以完成更低的亞閾值擺幅。負電容晶體管的工作原理主要是利用鐵電材料的負電容特性，以完成對于柵極電壓的放大作用，以實現低的亞閾值擺幅。

納電動繼電器主要是利用橫向致動的繼電器以完成更低的亞閾值擺幅。納電動繼電器的工作原理主要是利用懸梁和漏極之間的靜電力，以完成器件的抬起與合上，以實現低的亞閾值擺幅。

然而對于隧穿晶體管，負電容晶體管以及納電動繼電器而言：隧穿晶體管的低的開態電流限制了對電路的驅動能力；負電容晶體管的磁滯窗口；以及納電動繼電器的空氣間隙降低了與主流工藝的兼容性，這些問題都極大限度的制約了場效應晶體管亞閾值擺幅的下限。因此，如何找到一種能夠突破現有亞閾值擺幅極限的場效應晶體管，就成為業界亟待解決的問題。

發明內容

針對現有技術存在的上述問題，本發明實施例提供了一種基于二維薄膜的超陡亞閾值擺幅場效應晶體管及制備方法。

一方面，本發明實施例提供了一種基于二維薄膜的超陡亞閾值擺幅場效應晶體管，包括：襯底、第一電極、第二電極、阻變層、二維薄膜、背柵控制信號裝置及源漏信號輸入裝置；

所述襯底，一端連接所述背柵控制信號裝置，另一端連接所述二維薄膜，用于為所述第一電極、第二電極及阻變層提供支撐保護作用；所述第一電極，一端與所述二維薄膜連接，另一端與所述背柵控制信號裝置及源漏信號輸入裝置連接，用于導電以完成電流輸送；所述第二電極，一端與所述阻變層連接，另一端與所述源漏信號輸入裝置連接，用于導電以完成電流輸送；所述阻變層，一端與所述二維薄膜連接，另一端與所述第二電極連接，用于形成導電細絲以完成阻抗的變化；所述二維薄膜，一端與所述襯底連接，另一端與所述阻變層連接，由于其較低的載流子濃度，電場能夠穿透二維薄膜進而調控金屬氧化物的通斷行為；所述背柵控制信號裝置，一端與所述源漏信號輸入裝置及第一電極連接，另一端與所述襯底連接，用于控制基于二維薄膜的超陡亞閾值擺幅場效應晶體管的通斷；所述源漏信號輸入裝置，一端與所述第二電極連接，另一端與所述第一電極及背柵控制信號裝置連接，用于控制亞閾值擺幅及基于二維薄膜的超陡亞閾值擺幅場效應晶體管的閾值電壓。

另一方面，本發明實施例提供了一種基于二維薄膜的超陡亞閾值擺幅場效應晶體管的制備方法。包括：制作襯底，所述襯底包括導電層和絕緣層；采用掩膜版圖形化的方式或采用機械剝離和干法轉移的方式并圖形化；采用相應的制作工藝，確定第一電極的位置及面積，同時確定第二電極的位置及面積；在氧氣氛圍中經過自然氧化形成阻變層。

本發明實施例提供了一種基于二維薄膜的超陡亞閾值擺幅場效應晶體管及制備方法，通過在場效應晶體管中引入二維薄膜及阻變層，可以實現場效應晶體管的超陡亞閾值擺幅效果。

附圖說明