[實用新型]高開關比石墨烯異質結場效應管

有效

• 申請號: 201920380500.0
• 申請日: 2019-03-25
• 公開（公告）號: CN209766424U
• 公開（公告）日: 2019-12-10
• 發明（設計）人: 曾榮周;周細鳳
• 申請（專利權）人: 湖南工業大學
• 主分類號: H01L29/10
• 分類號: H01L29/10;H01L29/16;H01L21/335;H01L29/778
• 代理公司: 43108 湘潭市匯智專利事務所(普通合伙)
• 代理人: 宋向紅

本實用新型公開了一種高開關比石墨烯異質結場效應管，包括襯底，襯底上設有溝道材料層石墨烯，溝道材料層石墨烯中部為柵電極區域，柵電極區域上沉積有柵介質，柵介質上沉積有柵金屬以形成柵極，柵電極區域兩側分別為源極區域和漏極區域，源極區域、漏極區域分別沉積有源漏金屬以形成源漏極，所述溝道材料層石墨烯與襯底之間或溝道材料層石墨烯與柵介質之間設有用于與石墨烯形成異質結的材料層。本實用新型通過在石墨烯溝道下方或上方引入其它材料，形成石墨烯異質結，在柵電壓的電場效應的作用下，使異質結石墨烯中的載流子發生耗盡或積累，從而使石墨烯異質結場效應管獲得高開關比源漏電流。

技術領域

本實用新型涉及半導體領域，特別涉及一種高開關比石墨烯異質結場效應管。

背景技術

CMOS制造技術的進步將導致器件的溝道長度小于10nm，進入納米領域，傳統的按比例縮小會導致短溝道效應、介質隧穿效應和制造難度增加，將不再足以繼續通過制造更小的晶體管而獲得器件性能的提高，因此，從器件幾何形狀、結構以及材料方面著手是可行的新的解決方案。

石墨烯作為一種新型的電子功能材料，由于具有獨特的物理結構及優異的電學性能，成為當今微電子材料的研究熱點，在微電子領域具有廣泛的應用前景。新型的半導體材料（如MoS₂、MoSe₂、WS₂、WSe₂、ReS₂、ReSe₂、BP、硅烯等）越來越受到關注。

盡管石墨烯的遷移率很高（高達2x10⁶cm²/V·s），但石墨烯的帶隙為零，常規的只以石墨烯材料做為溝道的石墨烯場效應管的開關比很低，因此常規石墨烯場效應管無法應用于邏輯電路。諾貝爾獎獲得者曾預測2025年以后才有可能實現石墨烯在邏輯電路的應用，如何實現石墨烯場效應管的高開關比一直是研究人員的努力方向。然而只以新型半導體材料（如MoS₂、MoSe₂、WS₂、WSe₂、ReS₂、ReSe₂、BP、硅烯、鍺烯等）做為溝道的場效應管的遷移率又很低。

發明內容

為了解決上述技術問題，本實用新型提供一種結構簡單的高開關比石墨烯異質結場效應管。

本實用新型解決上述問題的技術方案是：一種高開關比石墨烯異質結場效應管，包括襯底，襯底上設有溝道材料層石墨烯，溝道材料層石墨烯中部為柵電極區域，柵電極區域上沉積有柵介質，柵介質上沉積有柵金屬以形成柵極，柵電極區域兩側分別為源極區域和漏極區域，源極區域、漏極區域分別沉積有源漏金屬以形成源漏極，所述溝道材料層石墨烯與襯底之間或溝道材料層石墨烯與柵介質之間設有用于與石墨烯形成異質結的材料層。

上述高開關比石墨烯異質結場效應管，所述襯底包括基底層和位于基底層上方的絕緣層。

上述高開關比石墨烯異質結場效應管，所述基底層為半導體材料、導電材料、不同于絕緣層的材料中的一種或兩種以上的混合物。

上述高開關比石墨烯異質結場效應管，所述絕緣層為 SiO₂、Si₃N₄、BN、Al₂O₃、HfO₂、AlN、SiC，Si、Sapphire、玻璃、聚對苯二甲酸乙二醇酯材料 PET、聚酰亞胺 PI、聚二甲基硅氧烷等中的一種或兩種以上的混合物。

上述高開關比石墨烯異質結場效應管，所述的用于與石墨烯形成異質結的材料層為黑磷、III-V族化合物半導體、過渡金屬硫族化合物半導體、硅烯、鍺烯中的一種。

上述高開關比石墨烯異質結場效應管，所述的用于與石墨烯形成異質結的材料層的寬度比柵電極的柵長寬，且小于源漏電極之間的間隔寬度。