[發(fā)明專利]基于二維半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)的與/或邏輯門電路及其實(shí)現(xiàn)和制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811056234.2
• 申請日: 2018-09-11
• 公開（公告）號: CN109300911B
• 公開（公告）日: 2020-11-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃如;賈潤東;黃芊芊;陳亮
• 申請（專利權(quán)）人: 北京大學(xué)
• 主分類號: H01L27/12
• 分類號: H01L27/12;H03K19/20;H01L21/77
• 代理公司: 北京萬象新悅知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11360
• 代理人: 李稚婷

本發(fā)明公開了一種基于二維半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)的與/或邏輯門電路及其實(shí)現(xiàn)和制備方法。利用兩個具有單向?qū)щ娦缘亩S半導(dǎo)體異質(zhì)PN結(jié)并聯(lián)，再配合固定電阻，即可以實(shí)現(xiàn)與/或邏輯功能。通過柵壓的改變調(diào)節(jié)二維半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)的單向?qū)щ娦缘姆较颍瑢?shí)現(xiàn)從PN結(jié)到NP結(jié)的變化。當(dāng)二維半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)處于不同的單向?qū)щ姷姆较驎r，能夠分別實(shí)現(xiàn)與邏輯功能，或邏輯功能，即通過改變柵壓，可以實(shí)現(xiàn)與/或邏輯的轉(zhuǎn)變。本發(fā)明器件制備工藝簡單，電路實(shí)現(xiàn)容易，大大降低電路面積，可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模集成。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于納電子學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種二維半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)的與/或邏輯門電路的實(shí)現(xiàn)以及制備方法。

背景技術(shù)

二維材料具有諸多令人矚目的物理、化學(xué)性質(zhì)，使其成為目前國際材料科學(xué)研究的前沿焦點(diǎn)。它們性質(zhì)多樣且互補(bǔ)，涵蓋了從導(dǎo)體、半導(dǎo)體到絕緣體各種類型，包括石墨烯、過渡金屬二硫族化合物、黑磷和氮化硼等。在電子器件領(lǐng)域，近年來二維半導(dǎo)體材料由于其原子級厚度可以實(shí)現(xiàn)理想柵控，較大的禁帶寬度可以抑制源漏隧穿電流等成為了后摩爾時代非常有前景的一類半導(dǎo)體材料，尤其是在未來低功耗領(lǐng)域具有很大的應(yīng)用潛力。另外，由于其優(yōu)異的光學(xué)、電子、機(jī)械性能等，有很多方面的應(yīng)用，包括光電器件和柔性器件等。同時由于其具備大規(guī)模生產(chǎn)的潛力，未來基于全二維材料集成的電路有望成為現(xiàn)實(shí)，研究者們也越來越關(guān)注基于二維半導(dǎo)體材料的器件以及相關(guān)的電路。目前針對邏輯電路應(yīng)用，已經(jīng)有研究利用二維半導(dǎo)體材料及其異質(zhì)結(jié)實(shí)現(xiàn)了反相器，是邏輯電路當(dāng)中最基本的一個邏輯門。針對未來基于全二維半導(dǎo)體材料的電路僅僅實(shí)現(xiàn)基本的反相器是不夠的，同時還需要考慮與邏輯門，或邏輯門，以及與或邏輯門。目前還沒有相關(guān)方向的研究，這也成為未來二維半導(dǎo)體材料電路應(yīng)用的一個亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提出一種基于二維半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)的與/或邏輯門電路的實(shí)現(xiàn)以及制備方法。在本發(fā)明中采用兩種不同的二維半導(dǎo)體材料形成異質(zhì)結(jié)，兩個異質(zhì)結(jié)共用一個端口。由于兩種二維半導(dǎo)體材料的功函數(shù)、摻雜濃度等不同，兩種二維半導(dǎo)體材料接觸之后會形成PN結(jié)，該P(yáng)N結(jié)具有單向?qū)щ娦浴＠脙蓚€具有單向?qū)щ娦缘腜N結(jié)并聯(lián)，再配合電阻的使用，即可以實(shí)現(xiàn)與/或邏輯功能。由于二維半導(dǎo)體材料的厚度較薄，通過柵壓可以對二維半導(dǎo)體材料進(jìn)行電學(xué)摻雜，從而改變其摻雜類型，利用這一二維半導(dǎo)體材料獨(dú)有的特點(diǎn)，可以通過柵壓的改變調(diào)節(jié)二維半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)的單向?qū)щ娦缘姆较颍瑢?shí)現(xiàn)從PN結(jié)到NP結(jié)的變化。當(dāng)二維半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)處于不同的單向?qū)щ姷姆较驎r，能夠分別實(shí)現(xiàn)與邏輯功能，或邏輯功能，也就是通過改變柵壓，可以實(shí)現(xiàn)與/或邏輯的轉(zhuǎn)變。

具體的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種基于二維半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)的與/或邏輯門電路，包括一個二維半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)器件和一個外接的固定電阻，其中：所述二維半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)器件包括絕緣襯底，以及絕緣襯底上的第一二維半導(dǎo)體材料；在所述第一二維半導(dǎo)體材料上方，兩端分別有第二二維半導(dǎo)體材料和第三二維半導(dǎo)體材料與之形成縱向堆疊，并形成兩個單向?qū)щ娦苑较蛳嗤漠愘|(zhì)PN結(jié)，且所述第二二維半導(dǎo)體材料和第三二維半導(dǎo)體材料之間互不相連；兩個異質(zhì)PN結(jié)共用的電極位于第一二維半導(dǎo)體材料上方，非共用電極分別位于第二二維半導(dǎo)體材料和第三二維半導(dǎo)體材料上方；所述外接的固定電阻連接兩個異質(zhì)PN結(jié)共用的電極。

所述第二二維半導(dǎo)體材料和第三二維半導(dǎo)體材料可以相同，也可以不同。第二二維半導(dǎo)體材料和第三二維半導(dǎo)體材料均與第一二維半導(dǎo)體材料的功函數(shù)、摻雜濃度等不同，這樣才會在兩種二維半導(dǎo)體材料接觸之后形成PN結(jié)，該P(yáng)N結(jié)具有單向?qū)щ娦浴?/p>