[发明专利]一种双栅结型场效应晶体管及其制备方法

说明书

本发明涉及一种高性能的双栅结型场效应晶体管及其制备方法，在一优选实施例中，其包括二维Te和二维MoS₂组成的双P‑N结，其由三层结构组成，上下两层为二维MoS₂层，中间一层为二维Te层，层与层之间成交叉结构，MoS₂层之间共用电极作为栅极；Te层作为载流子沟道层，两端电极作为源漏。该器件结构，通过调控P‑N结的正反偏，调控Te沟道层的耗尽区宽度，实现JFET的开启和关断，由于本结构没有介电层，实现了接近理想的亚阈值摆幅，且二维Te的载流子浓度高，小的源漏电压下就能够实现大的电流响应。本发明所设计的JFET，具有极小的亚阈值摆幅和大的开态电流，对于要求低功耗和大电流设计的设备至关重要。

技术领域

本发明涉及微电子器件领域，一种双栅结型场效应晶体管(JFET)及其制备方法。

背景技术

低功耗对于未来的移动设备和物联网设备至关重要。为了继续减小功耗或电源电压V_DD，应优化亚阈值摆幅SS，以避免在缩小设备尺寸的同时出现高泄漏电流。对于传统的金属氧化物-半导体场效应晶体管，在过去的介电工程中保持栅极可控性已经做出了巨大的努力，即实现较低SS，包括高介电常数氧化物、铁电材料、或负电容介电。然而，工程介质经常受到不均匀的介质表面的困扰，从而捕获电荷和铁电磁滞，以恶化电荷输运。JFET通过改变具有反偏置p-n结沟道中的耗尽区域来工作，因此没有电介质或涉及相关的挑战。

近年来对二维材料的研究揭示了多种二维半导体具有优异的电子性能。二维半导体对JFET特别有吸引力，因为二维超薄体可以降低源通道电容，以最小化SS，并降低与通道厚度成正比的开启电压V_P。因此，本发明由两个不同二维半导体形成的无悬垂键范德华界面可能具有无捕获界面，从而保证近乎理想的结特性。

发明内容

本发明的首要目的是提供一种双栅结型场效应晶体管及其制备方法，本发明利用二维材料Te(P型材料)层与二维材料MoS₂(N型材料)层形成异质P-N结构建双栅结型场效应晶体管，获得的JFET具备大的电流响应、优异的光电性能、低亚阈值摆幅等优点。

基于上述目的，本发明至少提供如下技术方案：

一种双栅结型场效应晶体管，包括基底和设置于基底上的异质结，所述异质结由依次层叠的第一半导体类型的第一二维材料层、第二半导体类型的第二二维材料层和第一半导体类型的第三二维材料层构成，所述第一二维材料层和第三二维材料层分别与所述第二二维材料层之间呈交叉结构设置，所述第一二维材料层和第三二维材料层具有相对的第一端和第二端，其第一端之间设置有第一电极，其第二端之间设置有第二电极，第一电极与第二电极互不接触；所述第二二维材料层具有相对的第一端和第二端，所述第一端设置有第三电极，所述第二端设置有第四电极；

所述第一二维材料层和/或所述第三二维材料层选用二维材料MoS₂层，所述第二二维材料层选用二维材料Te层；或者所述第一二维材料层和/或所述第三二维材料层选用二维材料Te层，所述第二二维材料层选用二维材料MoS₂层。

进一步地，所述二维材料Te层的厚度为50～100nm，所述二维材料MoS₂层的厚度为50～100nm。

进一步地，所述第一电极为第一栅电极，所述第二电极为第二栅电极，所述第三电极为源极，所述第四电极为漏极。

进一步地，所述电极选用Au电极层，Au电极层的厚度为20～80nm。

进一步地，所述基底为硅基底，所述硅基底的表面设置有绝缘层，所述绝缘层的厚度为100～500nm。

本发明的另一方面还提供一种双栅结型场效应晶体管的制备方法，包括以下步骤：

在基底上形成第一电极、第二电极、第三电极和第四电极，所述第一电极和第二电极相对设置，所述第三电极和第四电极相对设置；