[发明专利]基于钙钛矿单晶衬底与二维材料沟道的CMOS FinFET器件及其制备方法

说明书

本发明涉及一种基于钙钛矿单晶衬底与二维材料沟道的CMOS FinFET器件及其制备方法，制备方法包括：选取钙钛矿单晶衬底层；刻蚀钙钛矿单晶衬底层形成第一Fin和第二Fin；在钙钛矿单晶衬底层上制备绝缘层，且暴露第一Fin和第二Fin的顶面和部分侧面；在第一Fin上制备电子沟道传输层；在第二Fin上制备空穴沟道传输层；在电子沟道传输层和空穴沟道传输层上均制备源极和漏极；在电子沟道传输层上的源极、漏极之间的沟道和在空穴沟道传输层上的源极、漏极之间的沟道上制备栅介质层；在栅介质层上制备栅极。本发明所制备的CMOS FinFET具有材料成本低、开关比大、开关速度快、光电转换效率高、响应光谱宽、载流子迁移率高、栅控能力强以及光电双控功能的特点。

技术领域

本发明属于场效应管器件技术领域，涉及一种基于钙钛矿单晶衬底与二维材料沟道的CMOS FinFET器件及其制备方法。

背景技术

半导体器件遵循摩尔定律而发展，晶体管沟道随着器件尺寸的不断缩小而缩小。但当沟道缩短到一定程度之后，量子隧穿效应极易发生。量子隧穿效应发生时，就算没有加电压，电子也可以自由在源漏电极之间穿行，此时晶体管就失去作用。因此发展了鳍式场效应管(FinFET，Fin Field-Effect Transistor)。FinFET相对于传统金属氧化物场效应管(MOSFET，Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)具有三栅极面结构，因此增大了栅极对沟道的控制面积，使得栅控能力大大增强，从而可以有效抑制短沟道效应，减小亚阈值泄露电流。

然而硅基FinFET也存在一些问题，比如制备成本较高、小的鳍宽度会引起载流子迁移率降低、电栅控制沟道的单一性且栅控能力有提升的空间。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于钙钛矿单晶衬底与二维材料沟道的CMOS FinFET器件及其制备方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

本发明实施例提供了一种基于钙钛矿单晶衬底与二维材料沟道的CMOS FinFET的制备方法，包括以下步骤：

选取钙钛矿单晶衬底层；

刻蚀所述钙钛矿单晶衬底层形成第一Fin和第二Fin；

在所述钙钛矿单晶衬底层上制备绝缘层，且暴露所述第一Fin和所述第二Fin的顶面和部分侧面；

在所述第一Fin上制备电子沟道传输层；

在所述第二Fin上制备空穴沟道传输层；

在所述电子沟道传输层和所述空穴沟道传输层上均制备源极和漏极；

在所述电子沟道传输层上的所述源极、所述漏极之间的沟道和在所述空穴沟道传输层上的所述源极、所述漏极之间的沟道上制备栅介质层；

在所述栅介质层上制备栅极。

在本发明的一个实施例中，所述钙钛矿单晶衬底层用ABX₃表示，其中，A是CH₃NH₃⁺(即MA⁺)、HC(NH₂)₂⁺(即FA⁺)、Cs⁺中的至少一种，B是Pb²⁺、Sn²⁺中的至少一种，X是Cl^-、Br^-、I^-中的至少一种。

在本发明的一个实施例中，刻蚀所述钙钛矿单晶衬底层形成第一Fin和第二Fin，包括：

在所述钙钛矿单晶衬底层上制备第一掩膜层；

在所述第一掩膜层上沉积光刻胶材料层；