[发明专利]一种二维材料异质结场效应晶体管、制备方法及应用

说明书

本发明涉及一种二维材料异质结场效应晶体管、制备方法及应用，属于晶体管技术领域，所述晶体管包括导电衬底、设置在所述导电衬底上的绝缘介质层、设置在所述绝缘介质层上的栅电极、设置在所述栅电极上的第一个二维材料层、设置在所述第一个二维材料层上的第二个二维材料层、分别设置在所述第二个二维材料层两端的源电极和漏电极，在所述源电极和漏电极之间为沟道区；所述第一个二维材料层与第二个二维材料层的材质不同，所述第一个二维材料层为铁电材料；所述第二个二维材料层与源电极及漏电极之间能形成欧姆接触。本发明提供的二维材料异质结场效应晶体管具有高达10⁶的开关比，并且接近理论极限的亚阈值摆幅。

技术领域

本发明属于晶体管技术领域，具体而言，涉及一种二维材料异质结场效应晶体管、制备方法及应用。

背景技术

场效应晶体管是利用控制输入回路的电场效应来控制输出回路的一种半导体器件。随着科技的发展，场效应晶体管的应用场景不断拓展。近年来，能够自发极化的铁电材料具有压电、热电、以及光电特性，广泛应用于非易失性存储器、逻辑电路、传感器、制动器、电光调制器等各个领域。尤其是，与已经工业化的铁电随机存取存储器相比，铁电场效应晶体管由于其非破坏性读出性能、更简单的单元结构和更高的存储密度而引起了越来越多的关注。

作为最早发现的二维纳米材料，石墨烯自2004年问世以来，凭借其独特的物理化学性能，在纳米光电子领域有着巨大的应用潜力，吸引了人们大量的关注和研究。但由于其天然的0带隙结构限制了其在纳米电子领域中广泛的实际应用。近几年，二维过渡金属硫族化物(TMDs)正在逐步兴起，它们拥有着独特的结构，并且展示了优异的光电性能，因此成为了石墨烯二维材料的替代选择。

在铁电材料和二维TMDs被大量研究的同时，由它们组合叠加在一起形成的范德瓦尔斯异质结及其对应的电子器件，也获得了人们大量的关注和研究。由这些二维材料组成的异质结系统表现出了奇特的性能和新的物理现象，并在异质结结构设计和集成光电子应用中引发了新的革命。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的一在于提供一种二维材料异质结场效应晶体管，目的二在于提供上述二维材料异质结场效应晶体管的制备方法，目的三在于提供上述二维材料异质结场效应晶体管的应用。本发明提供的二维材料异质结场效应晶体管具有高达10⁶的开关比，并且接近理论极限的亚阈值摆幅。

为实现上述目的，本发明采用的具体方案如下：

一种二维材料异质结场效应晶体管，包括：导电衬底、设置在所述导电衬底上的绝缘介质层、设置在所述绝缘介质层上的栅电极、设置在所述栅电极上的第一个二维材料层、设置在所述第一个二维材料层上的第二个二维材料层、分别设置在所述第二个二维材料层两端的源电极和漏电极，在所述源电极和漏电极之间为沟道区；

所述第一个二维材料层与第二个二维材料层的材质不同，所述第一个二维材料层为铁电材料；所述第二个二维材料层与源电极及漏电极之间能形成欧姆接触。

优选地，所述第一个二维材料层选用CuInP₂S₆、BaTiO₃或KH₂PO₄，所述第二个二维材料层选用WS₂、WSe₂、InSe或MoS₂。更优选地，所述第一个二维材料层选用CuInP₂S₆，厚度为30nm～100nm；所述第二个二维材料层选用WS₂，厚度为10nm～70nm。

优选地，导电衬底选自硅衬底或铜衬底。

优选地，所述绝缘介质层的材质选自SiO₂、SiC、SiN、HfO₂、或TiO₂。优选为SiO₂。