[發明專利]基于二維電子氣調控背柵的二維材料晶體管、制法和應用

有效

• 申請號: 201810476731.1
• 申請日: 2018-05-17
• 公開（公告）號: CN110504297B
• 公開（公告）日: 2020-11-27
• 發明（設計）人: 于國浩;丁曉煜;宋亮;張曉東;蔡勇;張寶順
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L29/10;H01L29/16;H01L29/24;H01L29/423;H01L29/78;H01L21/336;H01L21/28
• 代理公司: 南京利豐知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32256
• 代理人: 王鋒;趙世發

本發明公開了一種基于二維電子氣調控背柵的二維材料晶體管、制法和應用。所述基于二維電子氣調控背柵的二維材料晶體管包括：異質結，其包括第一半導體和形成于第一半導體上的第二半導體，所述第二半導體具有寬于第一半導體的帶隙，且所述異質結中形成有二維電子氣或二維空穴氣；以及形成于所述異質結上的源極、漏極和柵極，所述源極、漏極分布在第二半導體上且彼此間隔設置，同時，所述源極與漏極之間經二維材料電連接，所述二維材料用作所述晶體管的導通溝道，所述柵極與所述二維電子氣或二維空穴氣電連接。本發明提供的基于二維電子氣調控背柵的二維材料晶體管，利用二維電子氣的電子高遷移率特性，實現可調制背柵的二維材料晶體管。

技術領域

本發明特別涉及一種基于二維電子氣調控背柵的二維材料晶體管、制法和應用，屬于半導體電子器件技術領域。

背景技術

石墨烯等二維材料的出現和成功制備為各領域的發展注入了新的活力，二維材料種類包括金屬、半導體及絕緣體，其中，具有半導體特性的二維材料在微電子器件方面有著廣闊的應用前景。但受到二維材料本身材料的限制，并不適合制作高功率和高耐壓器件。并且由于缺乏有效的性能表征手段，二維材料的發展受到了極大的限制。

現有的二維材料場效應晶體管多利用二維材料作為溝道層制備場效應晶體管，其結構如圖1所示，其自下而上依次有導電基底、絕緣介質層、二維材料、金屬電極。該方法簡化了二維材料場效應晶體管的制備工藝、提高制備效率和成品率。

例如，CN107068745A公開了一種場效應晶體管的制備方法，其將兩種不同的二維晶體組成異質結結構，利用該異質結結構作為導電溝道材料制備場效應晶體管，該器件適用于集成電路等領域；CN104078501A中公開了基于二維半導體材料的低壓場效應晶體管，其包括：柵區、源區、漏區、溝道區和襯底。其柵介質為對電子絕緣、對離子導電的無機多孔材料，同時含有正、負兩種離子。柵介質與溝道區的界面形成雙電層電容，使得器件工作電壓大大減低，同時采用少層二維半導體材料作為溝道區材料，使得器件可以同時實現電子導電和空穴導電。

然而，現有技術多采用導電基底作為背柵，與其他器件的集成度差，而且具有較大的寄生電容，以及實驗可重復性差，工藝復雜，操作難度大，無法批量制備；并且現有晶體管對柵介質材料要求苛刻，難以達到理想的效果。因此，提供一種可調制背柵的二維材料晶體管仍是業界亟待解決的問題。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種基于二維電子氣調控背柵的二維材料晶體管、制法和應用，以克服現有技術的不足。

為實現前述發明目的，本發明采用的技術方案包括：

本發明實施例提方面提供了一種基于二維電子氣調控背柵的二維材料晶體管，其包括：

異質結，其包括第一半導體和形成于第一半導體上的第二半導體，所述第二半導體具有寬于第一半導體的帶隙，且所述異質結中形成有二維電子氣或二維空穴氣；以及

形成于所述異質結上的源極、漏極和柵極，所述源極、漏極分布在第二半導體上且彼此間隔設置，同時，所述源極與漏極之間經二維材料電連接，所述二維材料用作所述晶體管的導通溝道，所述柵極與所述二維電子氣或二維空穴氣電連接。

在一些實施方案中，還可在第二半導體上設置絕緣介質層，并將所述源極、漏極設置在絕緣介質層上。

本發明實施例還提供了一種基于二維電子氣調控背柵的二維材料晶體管的制作方法，其包括：

提供異質結，所述異質結包含第一半導體和第二半導體，所述第二半導體形成在第一半導體上，且具有寬于所述第一半導體的帶隙，所述異質結中形成有二維電子氣或二維空穴氣；

于所述異質結上制作柵極，并使所述柵極與所述二維電子氣或二維空穴氣電連接；

于所述第二半導體上制作彼此間隔設置的源極和漏極；