[發(fā)明專利]一種二維材料異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管、制備方法及應(yīng)用

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202211207800.1
• 申請(qǐng)日: 2022-09-30
• 公開（公告）號(hào): CN115440795A
• 公開（公告）日: 2022-12-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳溪強(qiáng);鄭照強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廣東工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L29/06
• 分類號(hào): H01L29/06;H01L29/24;H01L29/10;H01L29/423;H01L29/778;H01L21/34;H01L21/44
• 代理公司: 廣東廣信君達(dá)律師事務(wù)所 44329
• 代理人: 余勝茂

本發(fā)明涉及一種二維材料異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管、制備方法及應(yīng)用，屬于晶體管技術(shù)領(lǐng)域，所述晶體管包括導(dǎo)電襯底、設(shè)置在所述導(dǎo)電襯底上的絕緣介質(zhì)層、設(shè)置在所述絕緣介質(zhì)層上的柵電極、設(shè)置在所述柵電極上的第一個(gè)二維材料層、設(shè)置在所述第一個(gè)二維材料層上的第二個(gè)二維材料層、分別設(shè)置在所述第二個(gè)二維材料層兩端的源電極和漏電極，在所述源電極和漏電極之間為溝道區(qū)；所述第一個(gè)二維材料層與第二個(gè)二維材料層的材質(zhì)不同，所述第一個(gè)二維材料層為鐵電材料；所述第二個(gè)二維材料層與源電極及漏電極之間能形成歐姆接觸。本發(fā)明提供的二維材料異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管具有高達(dá)10⁶的開關(guān)比，并且接近理論極限的亞閾值擺幅。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于晶體管技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種二維材料異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管、制備方法及應(yīng)用。

背景技術(shù)

場(chǎng)效應(yīng)晶體管是利用控制輸入回路的電場(chǎng)效應(yīng)來(lái)控制輸出回路的一種半導(dǎo)體器件。隨著科技的發(fā)展，場(chǎng)效應(yīng)晶體管的應(yīng)用場(chǎng)景不斷拓展。近年來(lái)，能夠自發(fā)極化的鐵電材料具有壓電、熱電、以及光電特性，廣泛應(yīng)用于非易失性存儲(chǔ)器、邏輯電路、傳感器、制動(dòng)器、電光調(diào)制器等各個(gè)領(lǐng)域。尤其是，與已經(jīng)工業(yè)化的鐵電隨機(jī)存取存儲(chǔ)器相比，鐵電場(chǎng)效應(yīng)晶體管由于其非破壞性讀出性能、更簡(jiǎn)單的單元結(jié)構(gòu)和更高的存儲(chǔ)密度而引起了越來(lái)越多的關(guān)注。

作為最早發(fā)現(xiàn)的二維納米材料，石墨烯自2004年問(wèn)世以來(lái)，憑借其獨(dú)特的物理化學(xué)性能，在納米光電子領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用潛力，吸引了人們大量的關(guān)注和研究。但由于其天然的0帶隙結(jié)構(gòu)限制了其在納米電子領(lǐng)域中廣泛的實(shí)際應(yīng)用。近幾年，二維過(guò)渡金屬硫族化物(TMDs)正在逐步興起，它們擁有著獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，并且展示了優(yōu)異的光電性能，因此成為了石墨烯二維材料的替代選擇。

在鐵電材料和二維TMDs被大量研究的同時(shí)，由它們組合疊加在一起形成的范德瓦爾斯異質(zhì)結(jié)及其對(duì)應(yīng)的電子器件，也獲得了人們大量的關(guān)注和研究。由這些二維材料組成的異質(zhì)結(jié)系統(tǒng)表現(xiàn)出了奇特的性能和新的物理現(xiàn)象，并在異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和集成光電子應(yīng)用中引發(fā)了新的革命。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本申請(qǐng)的目的一在于提供一種二維材料異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管，目的二在于提供上述二維材料異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備方法，目的三在于提供上述二維材料異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的應(yīng)用。本發(fā)明提供的二維材料異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管具有高達(dá)10⁶的開關(guān)比，并且接近理論極限的亞閾值擺幅。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的具體方案如下：

一種二維材料異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管，包括：導(dǎo)電襯底、設(shè)置在所述導(dǎo)電襯底上的絕緣介質(zhì)層、設(shè)置在所述絕緣介質(zhì)層上的柵電極、設(shè)置在所述柵電極上的第一個(gè)二維材料層、設(shè)置在所述第一個(gè)二維材料層上的第二個(gè)二維材料層、分別設(shè)置在所述第二個(gè)二維材料層兩端的源電極和漏電極，在所述源電極和漏電極之間為溝道區(qū)；

所述第一個(gè)二維材料層與第二個(gè)二維材料層的材質(zhì)不同，所述第一個(gè)二維材料層為鐵電材料；所述第二個(gè)二維材料層與源電極及漏電極之間能形成歐姆接觸。

優(yōu)選地，所述第一個(gè)二維材料層選用CuInP₂S₆、BaTiO₃或KH₂PO₄，所述第二個(gè)二維材料層選用WS₂、WSe₂、InSe或MoS₂。更優(yōu)選地，所述第一個(gè)二維材料層選用CuInP₂S₆，厚度為30nm～100nm；所述第二個(gè)二維材料層選用WS₂，厚度為10nm～70nm。

優(yōu)選地，導(dǎo)電襯底選自硅襯底或銅襯底。

優(yōu)選地，所述絕緣介質(zhì)層的材質(zhì)選自SiO₂、SiC、SiN、HfO₂、或TiO₂。優(yōu)選為SiO₂。