[發(fā)明專利]二維MOSFET/MFIS多功能開關(guān)存儲(chǔ)器件及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811106311.0
• 申請(qǐng)日: 2018-09-21
• 公開（公告）號(hào): CN110943128B
• 公開（公告）日: 2021-02-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 魏鐘鳴;楊淮;李京波
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所
• 主分類號(hào): H01L29/78
• 分類號(hào): H01L29/78;H01L21/34;G11C11/22
• 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

1.一種二維MOSFET/MFIS多功能開關(guān)存儲(chǔ)器件，其特征在于，包括：

p型或n型摻雜Si的底柵電極；

二氧化硅柵極介質(zhì)，設(shè)置于所述底柵電極之上；

二維半導(dǎo)體納米片作為溝道，設(shè)置于所述二氧化硅柵極介質(zhì)上；

絕緣層，邊緣與所述二維半導(dǎo)體納米片對(duì)齊并設(shè)置于其上；

二維鐵電薄膜實(shí)現(xiàn)鐵電極化存儲(chǔ)，其邊緣與所述二維半導(dǎo)體納米片及絕緣層對(duì)齊，并設(shè)置于所述絕緣層之上；

以及導(dǎo)電金屬材料作為源端電極、漏端電極與頂柵電極，所述源端電極與漏端電極設(shè)置于所述二維半導(dǎo)體納米片兩端，所述頂柵電極設(shè)置于所述二維鐵電薄膜之上，控制擦寫讀取。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維MOSFET/MFIS多功能開關(guān)存儲(chǔ)器件，其特征在于，所述MOSFET結(jié)構(gòu)為p型或n型摻雜Si的底柵電極、二氧化硅柵極介質(zhì)、二維半導(dǎo)體納米片、源端電極和漏端電極，納米級(jí)厚度的二維半導(dǎo)體納米片作為溝道的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，實(shí)現(xiàn)開關(guān)功能。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的二維MOSFET/MFIS多功能開關(guān)存儲(chǔ)器件，其特征在于，所述二維半導(dǎo)體納米片是MoS₂、InSe、WS₂或其它具備半導(dǎo)體特性的二維層狀材料，厚度為1-100nm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維MOSFET/MFIS多功能開關(guān)存儲(chǔ)器件，其特征在于，所述MFIS結(jié)構(gòu)為頂柵電極、二維鐵電薄膜、絕緣層、二維半導(dǎo)體納米片、源端電極和漏端電極，實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)功能。

5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的二維MOSFET/MFIS多功能開關(guān)存儲(chǔ)器件，其特征在于，所述頂柵電極厚度為20-80nm，材料為導(dǎo)電材料，包括導(dǎo)電金屬。

6.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的二維MOSFET/MFIS多功能開關(guān)存儲(chǔ)器件，其特征在于，所述二維鐵電薄膜的材料是具備絕緣特性或鐵電特性的二維層狀材料，包括In₂Se₃、碲化硒或CuInP₂S₆，厚度為1-50nm。

7.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的二維MOSFET/MFIS多功能開關(guān)存儲(chǔ)器件，其特征在于，所述絕緣層的材料是具備絕緣特性的二維層狀材料，包括立方氮化硼材料，厚度為1-100nm。

8.根據(jù)權(quán)利要求1或4中任一所述的二維MOSFET/MFIS多功能開關(guān)存儲(chǔ)器件，其特征在于，所述二維半導(dǎo)體納米片的生長(zhǎng)范圍在300-1200℃之間，氣流為10-200sccm，生長(zhǎng)的納米片厚度為1-100nm。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維MOSFET/MFIS多功能開關(guān)存儲(chǔ)器件，其特征在于，所述源端電極、漏端電極和頂柵電極的電極材料包括以下材料中至少一種：Au、Pt、Al、Ti、Ni、Ag和In，或?yàn)榫哂袑?dǎo)電特性的電極，包括：石墨烯或ITO，厚度為20-80nm。

10.一種二維MOSFET/MFIS多功能開關(guān)存儲(chǔ)器件的制備方法，包括以下步驟：

步驟1：將單晶n型或p型摻雜硅片經(jīng)過高溫氧化形成Si/SiO₂襯底，SiO₂作為MOSFET的柵極介質(zhì)，將襯底分別置入丙酮和異丙醇中超聲清洗，之后置入濃硫酸和雙氧水中清洗；

步驟2：在Si/SiO₂襯底上通過化學(xué)氣相沉積生長(zhǎng)二維半導(dǎo)體納米片；

步驟3：光刻或電子束曝光在二維半導(dǎo)體納米片制作源端電極和漏端電極；

步驟4：使用具備粘性的膠帶將絕緣層材料和二維鐵電薄膜機(jī)械剝離至1-100nm；

步驟5：使用聚二甲基硅氧烷片依次分別在干法轉(zhuǎn)移操作臺(tái)上覆蓋絕緣層材料和二維鐵電薄膜層至生長(zhǎng)的二維半導(dǎo)體納米片上；

步驟6：光刻或電子束曝光制作MFIS結(jié)構(gòu)的頂柵電極。