基于二维电子气调控背栅的二维材料晶体管、制法和应用的制作方法

文档序号:19241933发布日期:2019-11-27 19:16阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种基于二维电子气调控背栅的二维材料晶体管,其特征在于包括:

异质结,其包括第一半导体和形成于第一半导体上的第二半导体,所述第二半导体具有宽于第一半导体的带隙,且所述异质结中形成有二维电子气或二维空穴气;以及

形成于所述异质结上的源极、漏极和栅极,所述源极、漏极分布在第二半导体上且彼此间隔设置,同时,所述源极与漏极之间经二维材料电连接,所述二维材料用作所述晶体管的导通沟道,所述栅极与所述二维电子气或二维空穴气电连接。

2.根据权利要求1所述的基于二维电子气调控背栅的二维材料晶体管,其特征在于:所述栅极与所述二维电子气或二维空穴气之间形成欧姆接触。

3.根据权利要求1所述的基于二维电子气调控背栅的二维材料晶体管,其特征在于:所述第一半导体选自ⅲ-ⅴ族化合物;优选的,所述第一半导体的材质包括gan或gaas;和/或,第二半导体选自选自ⅲ-ⅴ族化合物;优选的,所述第二半导体的材质包括algan或algaas。

4.根据权利要求1所述基于二维电子气调控背栅的二维材料晶体管,其特征在于:所述栅极的厚度为10-1000nm;和/或,所述栅极的材质包括ti、al、ni、au、cr、pt、mo、pd中的任意一种或两种以上的组合;和/或,所述源极和/或漏极的厚度为10-1000nm;和/或,所述源极和/或漏极的材质包括au、cr、pt、ag中的任意一种或两种以上形成的合金。

5.根据权利要求1所述基于二维电子气调控背栅的二维材料晶体管,其特征在于:所述二维材料的层数为1-100层;和/或,所述二维材料为单一种类的二维材料或二维材料异质结;优选的,所述二维材料包括石墨烯、mos2、ws2中的任意一种或两种以上的组合。

6.根据权利要求1所述基于二维电子气调控背栅的二维材料晶体管,其特征在于:所述异质结上还形成有绝缘介质层,所述源极、漏极设置在绝缘介质层上;优选的,所述绝缘介质层的厚度为1-1000nm;优选的,所述绝缘介质层的材质包括sio2、aln、si3n4中的任意一种或两种以上的组合。

7.根据权利要求1所述基于二维电子气调控背栅的二维材料晶体管,其特征在于:所述异质结形成在基底上,并且所述异质结与基底之间还分布有缓冲层。

8.一种基于二维电子气调控背栅的二维材料晶体管的制作方法,其特征在于包括:

提供异质结,所述异质结包含第一半导体和第二半导体,所述第二半导体形成在第一半导体上,且具有宽于所述第一半导体的带隙,所述异质结中形成有二维电子气或二维空穴气;

于所述异质结上制作栅极,并使所述栅极与所述二维电子气或二维空穴气电连接;

于所述第二半导体上制作彼此间隔设置的源极和漏极;

在所述源极和漏极之间设置二维材料,并将所述二维材料用作所述晶体管的导通沟道。

9.根据权利要求8所述基于二维电子气调控背栅的二维材料晶体管的制备方法,其特征在于具体包括:于所述异质结上制作完成栅极之后,对形成的器件结构进行快速退火,退火温度为500‐1000℃,时间为0.1‐100min,使所述栅极与所述二维电子气或二维空穴气之间形成欧姆接触。

10.根据权利要求8所述基于二维电子气调控背栅的二维材料晶体管的制备方法,其特征在于具体包括:先于所述第二半导体上形成绝缘介质层,之后在所述绝缘介质层上制作形成所述源极、漏极。

11.根据权利要求8所述基于二维电子气调控背栅的二维材料晶体管的制备方法,其特征在于具体包括:

将二维材料转移至源极和漏极之间,并使源极与漏极经二维材料电连接;

或者,在源极和漏极之间原位生长形成二维材料,并使源极与漏极经二维材料电连接。

12.根据权利要求8所述基于二维电子气调控背栅的二维材料晶体管的制备方法,其特征在于:所述第一半导体选自ⅲ-ⅴ族化合物;优选的,所述第一半导体的材质包括gan或gaas;和/或,第二半导体选自选自ⅲ-ⅴ族化合物;优选的,所述第二半导体的材质包括algan或algaas;和/或,所述栅极的厚度为10-1000nm;和/或,所述栅极的材质包括ti、al、ni、au、cr、pt、mo、pd中的任意一种或两种以上的组合;和/或,所述源极和/或漏极的厚度为10-1000nm;和/或,所述源极和/或漏极的材质包括au、cr、pt、ag中的任意一种或两种以上形成的合金;和/或,所述二维材料的层数为1-100层;和/或,所述二维材料包括单一种类的二维材料或二维材料异质结;优选的,所述二维材料包括石墨烯、mos2、ws2中的任意一种或两种以上的组合。

13.如权利要求1-7中任一项所述基于二维电子气调控背栅的二维材料晶体管于制备二维材料传感装置或探测装置中的用途。

14.一种二维材料的特性变化检测方法,其特征在于包括:

依据权利要求8-12中任一项所述的方法制作形成二维材料晶体管;

在所述二维材料晶体管上加载电压或通入电流,测出其中二维材料的转移输出特性;

对所述二维材料晶体管中的二维材料进行特性变化处理,所述的特性变化处理包括掺杂或等离子体处理,之后再次在所述二维材料晶体管上加载电压或通入电流,再次测得二维材料的转移输出特性,实现对二维材料的特性变化检测。


技术总结
本发明公开了一种基于二维电子气调控背栅的二维材料晶体管、制法和应用。所述基于二维电子气调控背栅的二维材料晶体管包括:异质结,其包括第一半导体和形成于第一半导体上的第二半导体,所述第二半导体具有宽于第一半导体的带隙,且所述异质结中形成有二维电子气或二维空穴气;以及形成于所述异质结上的源极、漏极和栅极,所述源极、漏极分布在第二半导体上且彼此间隔设置,同时,所述源极与漏极之间经二维材料电连接,所述二维材料用作所述晶体管的导通沟道,所述栅极与所述二维电子气或二维空穴气电连接。本发明提供的基于二维电子气调控背栅的二维材料晶体管,利用二维电子气的电子高迁移率特性,实现可调制背栅的二维材料晶体管。

技术研发人员:于国浩;丁晓煜;宋亮;张晓东;蔡勇;张宝顺
受保护的技术使用者:中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所
技术研发日:2018.05.17
技术公布日:2019.11.26
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