[发明专利]二维MFMIS开关及存储器件及其制备方法

说明书

本发明涉及二维MFMIS开关及存储器件技术领域，具体公开了二维MFMIS开关及存储器件及其制备方法，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。

技术领域

本申请涉及二维MFMIS开关及存储器件技术领域，具体公开了二维MFMIS开关及存储器件及其制备方法。

背景技术

在大数据时代条件下，对高性能处理器的功耗、计算速度以及智能化程度提出了更高的要求，传统的硅基场效应晶体管(MOSFET)通过栅极电压控制实现简单的开关功能，其在集成度、功耗以及功能多样性方面，越来越难以满足复杂处理器逻辑电路的设计要求，例如目前在类脑计算系统中，要求单一器件单元同时具备存储和计算的功能；对于存储功能，铁电场效应晶体管FeFET，在MOSFET器件结构的基础上，通过采用铁电层替代介质层的方式，在栅极施加外加电场改变铁电层的剩余极化强度以及方向，来实现对沟道材料电导特性的非易失性调控，但基于传统的硅基半导体工艺难以在单一器件中同时实现开关以及存储功能；

在现有技术中，已提出了二维多功能开关存储器件的设计及制备技术，其通过二维范德华异质结和传统硅基场效应管结合的方式实现多功能开关存储器件的设计以及制备；

然而，目前在传统硅基沟道材料上通过外延生长方式得到的铁电层在界面处存在晶格失配、离子扩散严重以及热稳定差等问题，对器件性能造成极大影响，严重影响传统FeFET的大规模商用；上述现有技术中的二维多功能开关存储器件，其是二维范德华异质结和传统硅基场效应管结合的结构，其在器件的功耗、非易失性存储保持能力、柔性方面还是存在传统硅基器件的不足之处，鉴于此，发明人提出二维MFMIS开关及存储器件及其制备方法。

发明内容

本发明的目的在于提出一种全二维MFMIS结构的开关及存储器件的设计及其制备方法，用来解决背景技术提出的问题。

为了达到上述目的，本发明提供以下基础方案：

二维MFM I S开关及存储器件及其制备方法，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。

为此，还公开了一种二维MFM IS开关及存储器件的制备方法，包括以下步骤：

S1：将单晶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；