[发明专利]二维MFMIS开关及存储器件及其制备方法

权利要求书

1.二维MFMIS开关及存储器件，其特征在于：包括从下往上依次设置的衬底、二维半导体纳米片、二维h-BN纳米片、二维石墨烯纳米片和二维铁电纳米片，所述二维半导体纳米片、二维h-BN纳米片、二维石墨烯纳米片和二维铁电纳米片的覆盖面积均不超过位于各自下层的面积，二维石墨烯纳米片一端覆盖二维半导体纳米片，另一端伸出覆盖于衬底之上；

还包括源端电极、漏端电极、中间栅电极和顶栅电极，所述源端电极和漏端电极位于二维半导体纳米片的两端，中间栅电极设置于二维石墨烯纳米片覆盖于衬底的一端，顶栅电极设置于二维石墨烯纳米片与二维h-BN纳米片重叠区域上。

2.根据权利要求1所述的二维MFMIS开关及存储器件其特征在于，石墨烯纳米片、二维h-BN纳米片和二维半导体纳米片组成金属-绝缘层-半导体结构，通过在石墨烯纳米片上设置中间栅电极，在二维半导体纳米片两端设置源端和漏端电极，得到场效应晶体管(MOSFET)。

3.根据权利要求1所述的二维MFMIS开关及存储器件，其特征在于，顶栅电极、二维铁电纳米片、石墨烯纳米片、二维h-BN纳米片、二维半导体纳米片、源端电极和漏端电极组成金属-铁电-金属-绝缘-半导结构。

4.根据权利要求1所述的二维MFMIS开关及存储器件，其特征在于，所述衬底采用柔性材料，柔性材料选自聚酰亚胺、聚苯二甲酸乙二醇酯或聚对萘二甲酸乙二醇酯的任意一种，厚度10-300μm。

5.根据权利要求1所述的二维MFMIS开关及存储器件，其特征在于，所述二维h-BN纳米片是具备绝缘特性的二维层状材料，厚度为6-25nm；石墨烯纳米片是具备导电特性的二维层状材料，厚度为6-10nm；二维铁电纳米片为CuInP2S6、α-In2Se3，或存在面外铁电极化特性的二维铁电材料，厚度为25-150nm；二维半导体纳米片的厚度为1-10nm。

6.根据权利要求1所述的二维MFMIS开关及存储器件，其特征在于，所述源端电极、漏端电极、中间栅电极和顶栅电极包括以下材料中的至少一种：Au、Pt、Al、Ti、Ni、Ag或者为具有导电特性的电极，厚度为20-100nm。

7.一种二维MFMIS开关及存储器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：单晶n型或者p型掺杂硅片通过高温氧化形式形成Si/SiO2衬底；

S2：通过机械剥离或者CVD生长的方法得到二维半导体纳米片,并通过干法转移平台转移到衬底之上；使用PDMS(聚二甲基硅氧烷片)通过干法转移装置将机械剥离得到的二维h-BN纳米片覆盖于二维半导体纳米片之上；石墨烯纳米片和二维铁电纳米片的制备和上述相同；

S3：采用光刻或者电子束曝光及电子束蒸发镀膜的方法在二维半导体纳米片两端制作源端电极和漏端电极；

S4：采用电子束曝光及电子束蒸镀的方法在石墨烯纳米片覆盖于衬底的一端以及二维铁电纳米片之上分别制作中间栅电极和顶栅电极；

S5：对制作完毕的上述器件真空退火处理。

8.根据权利要求7所述的一种二维MFMIS开关及存储器件及其制备方法，其特征在于，在步骤S1中，将衬底依次置于丙酮、酒精和去离子水中超声清洗5分钟；在步骤S4中，真空温度200℃条件下，对器件退火处理时间为2h。

9.根据权利要求7所述的一种二维MFMIS开关及存储器件及其制备方法，其特征在于，在步骤S3中，对覆盖有二维半导体纳米片的衬底采用丙酮和去离子水依次清洗，烘干，旋涂光刻胶1um厚、前烘、对准、曝光、显影、电子束蒸镀金属，最后采用lift-off工艺去除光刻胶，得到覆盖于二维半导体纳米片两端的源端电极和漏端电极。

10.根据权利要求7所述的一种二维MFMIS开关及存储器件及其制备方法，其特征在于，在步骤S2中，采用胶带粘取二维材料体材，再用干净的新胶带与粘有二维材料的胶带进行对粘后撕开，重复该方式5-6次，得到含单层或者少层的二维材料胶带,最后将含单层和少层的二维材料纳米片胶带与干法转移用的PDMS对粘，最终得到含单层或者少层二维材料的PDMS，用于后续步骤的干法转移。