[发明专利]一种基于二维半导体材料的陡亚阈器件及其制备方法

权利要求书

1.一种基于二维半导体材料的陡亚阈器件，包括绝缘衬底、源区、漏区、沟道区、栅介质层、源电极、漏电极和控制栅电极，其中，源区为具有窄禁带宽度的二维半导体材料，沟道区和漏区为二维半导体材料；在源区上方，源区和沟道区之间插入由两种具有不同电子亲和势的纳米尺度厚度的二维半导体材料重复堆垛形成的超晶格结构，具有不同电子亲和势的两种二维半导体材料组合能带上能够形成第I类或者第II类的能带结构；栅介质层和控制栅电极位于超晶格结构上方。

2.如权利要求1所述的陡亚阈器件，其特征在于，所述具有窄禁带宽度的二维半导体材料选自下列二维半导体材料中的一种：MoTe₂、WTe₂、ZrSe₂、HfSe₂。

3.如权利要求1所述的陡亚阈器件，其特征在于，用作沟道区和漏区的二维半导体材料相同或不同，选自下列二维半导体材料中的一种或多种：HfS₂、MoS₂、WS₂、SnS₂、MoSe₂、WSe₂。

4.如权利要求1所述的陡亚阈器件，其特征在于，沟道区的厚度为0.6～5nm。

5.如权利要求1所述的陡亚阈器件，其特征在于，超晶格结构中每层二维半导体材料的厚度相同，为0.6～2nm。

6.如权利要求1所述的陡亚阈器件，其特征在于，形成超晶格结构的两种二维半导体材料是MoS₂/SnS₂组合。

7.如权利要求1所述的陡亚阈器件，其特征在于，所述绝缘衬底为SiO₂、云母、氮化硼或其他任何表面具有绝缘层的衬底材料；所述源电极和漏电极为与二维半导体材料有较好粘附性且能够形成欧姆接触的金属电极。

8.权利要求1～7任一所述基于二维半导体材料的陡亚阈器件的制备方法，包括以下步骤：

1)通过化学气相淀积或者原子层淀积的方法在绝缘衬底上生长用作源区的窄禁带宽度二维半导体材料；

2)光刻保护需要形成源区的区域，采用湿法腐蚀或者干法刻蚀的方法去除其余位置的窄禁带宽度二维半导体材料；

3)通过化学气相淀积或者原子层淀积的方法在窄禁带宽度二维半导体材料上方，在沟道区的位置生长具有较小电子亲和势的二维半导体材料，厚度在2nm以下；

4)通过化学气相淀积或者原子层淀积的方法在具有较小电子亲和势的二维半导体材料上生长具有较大电子亲和势的二维半导体材料，厚度与步骤3)中具有较小电子亲和势的二维半导体材料相同；

5)交替重复步骤3)和步骤4)，获得由电子亲和势不同的两种二维半导体材料形成的超晶格结构；

6)光刻保护需要形成超晶格结构和源区的区域，采用湿法腐蚀或者干法刻蚀的方法去除其余位置的二维半导体材料；

7)光刻暴露出沟道区和漏区，全片带胶，通过化学气相淀积或者原子层淀积的方法在超晶格结构上方生长用作沟道区和漏区的二维半导体材料，之后剥离形成沟道区和漏区；

8)光刻暴露出源电极区，全片蒸发金属后剥离形成金属源电极；

9)光刻暴露出漏电极区，全片蒸发金属后剥离形成金属漏电极；

10)光刻暴露出栅介质区域和控制栅电极区，全片生长厚度均匀的栅介质层和蒸发金属后剥离形成控制栅电极。

9.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤10)中的生长栅介质层的方法为原子层淀积。