[發(fā)明專利]基于納米帶的晶體管及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810957190.4
• 申請(qǐng)日: 2018-08-21
• 公開（公告）號(hào): CN109119485B
• 公開（公告）日: 2021-06-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 盧年端;李泠;耿玓;劉明
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院微電子研究所
• 主分類號(hào): H01L29/786
• 分類號(hào): H01L29/786;H01L29/20;H01L29/207;H01L21/336;B82Y10/00;B82Y30/00
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 任巖

本發(fā)明公開了一種基于納米帶的晶體管，包括：襯底；設(shè)置于所述襯底上的柵電極；設(shè)置于所述柵電極上的柵介質(zhì)層，所述柵介質(zhì)層包括第一柵介質(zhì)層和第二柵介質(zhì)層，所述第二柵介質(zhì)層位于所述第一柵介質(zhì)層表面；設(shè)置于所述第一柵介質(zhì)層上的源電極和漏電極，所述源電極和所述漏電極的表面與所述第二柵介質(zhì)層的表面平齊；以及設(shè)置于所述源電極、所述漏電極和所述第二柵介質(zhì)層上的有源層，所述有源層包括至少一條黑磷納米帶，所述至少一條黑磷納米帶均包括用于打開帶隙的材料。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明的實(shí)施例涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，特別涉及一種基于納米帶的晶體管。

背景技術(shù)

相對(duì)于傳統(tǒng)的塊體材料，二維材料由于其優(yōu)越的光學(xué)、電學(xué)及熱學(xué)特性而被廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體器件。二維材料中最典型的代表是石墨烯，然而，帶隙為零這一特性阻礙了石墨烯在電子器件(如晶體管)中的應(yīng)用。對(duì)此，一些具有較高電子遷移率并具有帶隙的二維材料(例如，二硫化鉬(MoS₂)、黑磷(BN)、黑磷等)替代石墨烯在晶體管器件中發(fā)揮了重要作用。

隨著器件小型化發(fā)展，MoS₂、BN、黑磷等的尺寸也需要相應(yīng)縮小，然而，當(dāng)MoS₂、BN、黑磷等二維材料縮小到納米帶尺寸時(shí)，其半導(dǎo)體特性將消失，即二維材料的納米帶帶隙為零，不再適于制備晶體管。

因此，有必要研究一種基于小尺寸二維材料的晶體管。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的實(shí)施例旨在提出一種基于納米帶的晶體管及其制備方法。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提出一種基于納米帶的晶體管，包括：襯底；設(shè)置于所述襯底上的柵電極；設(shè)置于所述柵電極上的柵介質(zhì)層，所述柵介質(zhì)層包括第一柵介質(zhì)層和第二柵介質(zhì)層，所述第二柵介質(zhì)層位于所述第一柵介質(zhì)層表面；設(shè)置于所述第一柵介質(zhì)層上的源電極和漏電極，所述源電極和所述漏電極的表面與所述第二柵介質(zhì)層的表面平齊；以及設(shè)置于所述源電極、所述漏電極和所述第二柵介質(zhì)層上的有源層，所述有源層包括至少一條黑磷納米帶，所述至少一條黑磷納米帶均包括用于打開帶隙的材料。

根據(jù)一些實(shí)施方式，所述用于打開帶隙的材料包括非金屬元素O、S、Se、C，以及金屬元素Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Ra、Te、Si、Ge、Sn、Pb中的一種或多種。

根據(jù)一些實(shí)施方式，單條黑磷納米帶包括鈍化原子，所述鈍化原子用于與所述單條黑磷納米帶邊緣的懸掛鍵結(jié)合。

根據(jù)一些實(shí)施方式，單條黑磷納米帶的層數(shù)為1-10層；以及單條黑磷納米帶的寬度為1-10nm。

根據(jù)一些實(shí)施方式，所述柵電極包括Mo、Pt、Au、Cu、Ag中的一種或多種；所述第一柵介質(zhì)層和所述第二柵介質(zhì)層包括HfO₂；以及所述源電極和所述漏電極包括Pt、Au、Cu、Ag中的一種或多種。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種制備基于納米帶的晶體管的方法，包括：提供襯底；在所述襯底上形成柵電極；在所述柵電極上形成第一柵介質(zhì)層；在所述第一柵介質(zhì)層上形成源電極、漏電極和第二柵介質(zhì)層，使得所述源電極和所述漏電極的表面與所述第二柵介質(zhì)層的表面平齊；在所述源電極、所述漏電極和所述第二柵介質(zhì)層上形成有源層，所述有源層包括至少一條黑磷納米帶，并使得所述至少一條黑磷納米帶均包括用于打開帶隙的材料。

根據(jù)一些實(shí)施方式，所述方法還包括：在單條黑磷納米帶上設(shè)置鈍化原子，使得所述鈍化原子與所述單條黑磷納米帶邊緣的懸掛鍵結(jié)合。

根據(jù)一些實(shí)施方式，所述方法還包括：提供臨時(shí)襯底；在所述臨時(shí)襯底上形成所述有源層，之后將所述有源層轉(zhuǎn)移至所述源電極、所述漏電極和所述第二柵介質(zhì)層表面。

根據(jù)一些實(shí)施方式，所述方法還包括：基于第一性原理，計(jì)算得出所述用于打開帶隙的材料。