[發明專利]基于二維半導體溝道的雙鐵電柵晶體管

在審

• 申請號: 202210091286.3
• 申請日: 2022-01-26
• 公開（公告）號: CN114464681A
• 公開（公告）日: 2022-05-10
• 發明（設計）人: 劉艷;羅拯東;楊麒玉;檀東昕;韓根全;郝躍
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L21/34
• 代理公司: 西安文盛專利代理有限公司 61100
• 代理人: 佘文英

1.一種基于二維半導體溝道的雙鐵電柵晶體管，其特征在于：包括：襯底(1)、底柵電極(2)、底部鐵電層(3)、二維半導體溝道層(4)、源極(5)、漏極(6)、頂部鐵電層(7)、頂柵電極(8)；頂柵電極(8)、頂部鐵電層(7)、二維半導體溝道層(4)、底部鐵電層(3)、底柵電極(2)在襯底(1)上依次由上至下豎直分布，且源極(5)、漏極(6)分別位于頂部鐵電層(7)兩側。

2.如權利要求1所述的基于二維半導體溝道的雙鐵電柵晶體管，其特征在于，底柵電極(2)、漏極(6)、源極(5)和頂柵電極(8)采用金屬Au材料。

3.如權利要求1所述的基于二維半導體溝道的雙鐵電柵晶體管，其特征在于，底部鐵電層(3)和頂部鐵電層(7)均采用P(VDF-TrFE)材料。

4.如權利要求1所述的基于二維半導體溝道的雙鐵電柵晶體管，其特征在于，二維半導體溝道層(4)采用二維過渡金屬硫化物(TMDC)MoS₂或MoTe₂材料。

5.一種基于二維半導體溝道的雙鐵電柵晶體管的制作方法，其特征在于：包括如下步驟：

(1)利用溶膠-凝膠旋涂工藝，在覆有Au底柵電極(2)的SiO₂/Si襯底(1)上制成P(VDF-TrFE)薄膜作為底部鐵電層(3)；

(2)利用膠帶微機械剝離方法，將二維MoS₂或MoTe₂薄片機械剝離到聚二甲基硅氧烷PDMS載體上，通過光學顯微鏡在PDMS上識別出合格的MoS₂或MoTe₂薄片，再用PDMS將承載的MoS₂或MoTe₂薄片轉移到P(VDF-TrFE)薄膜上，形成二維半導體溝道層(4)；

(3)利用光刻和熱蒸鍍工藝制備具有長條形狀的Au金屬電極，并利用PDMS薄膜將其轉移到二維半導體溝道層(4)，形成源極(5)和漏極(6)；

(4)利用溶膠-凝膠旋涂工藝，在二維半導體溝道層(4)結構上再次旋涂P(VDF-TrFE)薄膜作為頂部鐵電層(7)；

(5)利用PDMS轉移金屬Au電極到頂部鐵電層(7)結構上，形成頂柵電極(8)。

6.如權利要求5所述的一種基于二維半導體溝道的雙鐵電柵晶體管的制作方法，其特征在于：所述步驟(1)和(4)的溶膠-凝膠旋涂工藝，是以3000轉/秒，每個循環為30s的旋涂參數，生長P(VDF-TrFE)薄膜。

7.如權利要求5所述的一種基于二維半導體溝道的雙鐵電柵晶體管的制作方法，其特征在于：所述步驟(2)的膠帶微機械剝離方法，是利用透明膠帶從塊狀MoS₂或MoTe₂材料上剝離出二維半導體薄膜。

8.如權利要求5所述的一種基于二維半導體溝道的雙鐵電柵晶體管的制作方法，其特征在于：所述步驟(3)和(5)的熱蒸鍍工藝，是以固體金屬Au材料作為蒸發源，在PDMS上外延生長Au薄膜。

9.如權利要求5所述的一種基于二維半導體溝道的雙鐵電柵晶體管的制作方法，其特征在于：所述步驟(3)和(5)的光刻工藝，是在光刻膠的掩蔽作用下，刻蝕Au材料，形成特定形狀的金屬Au電極。

10.如權利要求5所述的一種基于二維半導體溝道的雙鐵電柵晶體管的制作方法，其特征在于：P(VDF-TrFE)薄膜厚度為150nm；偏氟乙烯和三氟乙烯的比值為70:30mol％。