[發(fā)明專利]一種光信號驅(qū)動的二維邏輯開關(guān)及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011357492.1
• 申請日: 2020-11-26
• 公開（公告）號: CN112542473B
• 公開（公告）日: 2022-05-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張躍;黃夢婷;張錚;湯文輝;杜君莉;劉璇;王利華
• 申請（專利權(quán)）人: 北京科技大學(xué)
• 主分類號: H01L27/144
• 分類號: H01L27/144;H01L31/18;H03K19/14
• 代理公司: 北京市廣友專利事務(wù)所有限責(zé)任公司 11237
• 代理人: 張仲波;付忠林

本發(fā)明公開了一種光信號驅(qū)動的二維邏輯開關(guān)及其制備方法，該開關(guān)包括：由襯底、二維二碲化鉬和電極組成的光電晶體管、由電極和二維氮化硼組成的放大電阻、由襯底、二維二硫化鉬和電極組成的邏輯晶體管以及由電極和二維氮化硼組成的邏輯電阻；其中，放大電阻兩端并聯(lián)到光電晶體管的源極和漏極，將光電晶體管輸出的電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，并起到放大作用，邏輯晶體管和邏輯電阻串聯(lián)；光電晶體管產(chǎn)生的電信號，通過放大電阻以柵壓的形式傳遞至邏輯晶體管的柵極，最終在邏輯晶體管的漏極輸出電信號，實(shí)現(xiàn)光信號驅(qū)動的邏輯輸出。本發(fā)明無需電流放大器，簡化了制備工藝，并縮小了器件的體積。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體光電集成技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種光信號驅(qū)動的二維邏輯開關(guān)及其制備方法。

背景技術(shù)

二十一世紀(jì)以來，世界已經(jīng)全面進(jìn)入電子信息時代。為了適應(yīng)電子工業(yè)的巨大需求，半導(dǎo)體集成電路產(chǎn)業(yè)目前取得了長足的進(jìn)步。二維材料及其相關(guān)器件異軍突起，在新一代的光電器件中有著廣泛的應(yīng)用，如在光電探測器、邏輯器件、存儲器等。因此，二維材料的制備及其相關(guān)器件構(gòu)建技術(shù)一直是國際上的研究熱點(diǎn)和各國主要競爭的技術(shù)領(lǐng)域之一。由于二維材料超高載流子遷移率，易整合性和寬帶光吸收，被認(rèn)為是下一代新型電子和光電子器件的候選材料。

目前，已經(jīng)有很多基于二維材料光電晶體管構(gòu)建的光電探測器，由晶體管構(gòu)建的邏輯電路。但是邏輯電路通常以電信號作為輸入信號，針對不同的電信號，進(jìn)行不同的響應(yīng)，以光信號作為輸入信號的邏輯電路仍然面臨很多挑戰(zhàn)；同時針對光電探測器和邏輯電路的互聯(lián)技術(shù)仍存在很多的問題。

光電場效應(yīng)晶體管以電流的形式，將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，邏輯電路的輸入信號通常為電壓的形式，電流到電壓轉(zhuǎn)變的實(shí)現(xiàn)也存在很多問題。光電晶體管的輸出電流通常很小，為微安級別，不能有效的作為輸入信號被邏輯電路檢測，通常選擇加入電流放大器進(jìn)行信號的放大，但是會增加器件的復(fù)雜程度，無需使用放大器直接將光電晶體管產(chǎn)生的輸出信號傳遞給邏輯電路，存在很多的問題和挑戰(zhàn)。

因此，有必要研究一種無需電流放大器實(shí)現(xiàn)光信號驅(qū)動的二維邏輯開關(guān)及其制備方法來應(yīng)對現(xiàn)有技術(shù)的不足，以解決或減輕上述一個或多個問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種光信號驅(qū)動的二維邏輯開關(guān)及其制備方法，以利用光電晶體管制備的光電探測器與邏輯電路互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)光信號驅(qū)動邏輯開關(guān)的作用。同時，通過并聯(lián)電阻的方式，達(dá)到無需通過放大器，即可實(shí)現(xiàn)對光電探測器輸出的電信號進(jìn)行放大，并進(jìn)一步傳遞給邏輯電路的效果。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案：

一方面，本發(fā)明提供了一種光信號驅(qū)動的二維邏輯開關(guān)，該光信號驅(qū)動的二維邏輯開關(guān)包括襯底和集成在所述襯底上的二維二碲化鉬、第一電極、第二電極、放大電阻、第三電極、第四電極、第五電極、二維二硫化鉬、第六電極、第七電極、邏輯電阻以及第八電極；

所述襯底、二維二碲化鉬、第一電極和第二電極組成光電晶體管；其中，所述襯底用作所述光電晶體管的柵極，所述二維二碲化鉬用作所述光電晶體管的溝道，所述第一電極和所述第二電極分別用作所述光電晶體管的源極和漏極；

所述第三電極和第四電極分別用作所述放大電阻的兩個電極；其中，所述第一電極與所述第三電極電連接，所述第二電極與所述第四電極電連接；

所述襯底、第五電極、二維二硫化鉬、第六電極和第七電極組成邏輯晶體管；其中，所述第五電極用作所述邏輯晶體管的柵極，所述二維二硫化鉬用作所述邏輯晶體管的溝道，所述第六電極和第七電極分別用作所述邏輯晶體管的源極和漏極；所述第五電極與所述第三電極和第四電極分別電連接；

所述第七電極和第八電極分別用作所述邏輯電阻的兩個電極。