一种二硫化铼-碲异质结结型场效应晶体管及其制备方法和应用

本发明涉及半导体，尤其涉及一种二硫化铼-碲异质结结型场效应晶体管及其制备方法和应用。

背景技术：

1、二维过渡金属硫族化合物(tmds)以其优异的物理化学特性受到了广泛的关注，其合适的带隙和优异的光电特性成为国内外的研究热点。res2作为tmds的一种，较其他材料具有更突出的结构和性能特质，由于其不随层数变化的直接带隙电子结构和高迁移率，res2对制备优异性能的场效应晶体管具有重要意义。而硫族元素二维碲纳米片，因其独特的螺旋链结构实现了高载流子迁移率和强面内各向异性，成为了高性能场效应晶体管制备的潜在材料。

2、jfet的工艺特点在于其简单与无复杂的介电工程需求，使其可适用于广泛的应用。此外，与mosfet相比较，jfet同样可以达到60mv/dec的理想亚阈值摆幅，并且在低功耗领域性能较mosfet更优越。当前对二维半导体材料jfet工作虽有报道，但是其结构较为单一。本发明将p型场效应管和n型场效应管集成于同一结构中，形成多功能器件，这种集成可以促进更全面、更高效的器件设计，在低功耗多功能器件领域的探索发展具有巨大的潜在应用。

技术实现思路

1、针对当前现有将p型场效应管和n型场效应管集成于同一结构的多功能结型场效应晶体管器件稀缺的不足，本发明的首要目的是提供一种二硫化铼-碲异质结结型场效应晶体管及其制备方法，该器件通过p型te纳米片与n型res2薄层部分重叠形成异质结，te纳米片的两端分别设置第一电极和第二电极，res2薄层的两端分别设置第三电极和第四电极，第一电极和第二电极分别作为源极和漏极时，第三电极或第四电极作为栅极；第三电极和第四电极分别作为源极和漏极时，第一电极或第二电极作为栅极。该结构的设置使得同一结构中集成了p型jfet和n型jfet，使得通过不同电极的选择实现了p型jfet和n型jfet的切换，实现了低功耗，高迁移率，节约成本的多功能器件的制备。

2、本发明一方面提供一种二硫化铼-碲异质结结型场效应晶体管的制备方法，包括以下步骤：

3、通过机械剥离法，在清洗后的sio2/si衬底上获得res2层；

4、通过水热合成法，获得含有厚度在50nm～100nm范围的p型te纳米片的溶液，将该溶液旋涂于sio2/si衬底上，随后将该衬底置于有机溶剂中浸泡一定时间进行氧化减薄，获得减薄后的p型te纳米片；

5、利用干法转移工艺，选取目标res2薄层转移至所述te纳米片上，使res2薄层与te纳米片部分重叠，形成res2/te异质结；

6、在te纳米片的两端制备第一和第二电极，在res2薄层的两端制备第三和第四电极，得到基于二硫化铼/碲结型场效应晶体管。

7、进一步地，所述水热合成法中，将亚碲酸钠和聚乙烯吡咯烷酮以52.4：1的摩尔比溶于一定体积的去离子水中，并滴入4ml的氨水和2ml的水合肼混合得到单质碲前驱体，将该前驱体置于反应釜内衬中，在180℃温度条件下反应24小时获得含有厚度在50nm～100nm范围的te纳米片的溶液。

8、进一步地，所述旋涂中，先以低速500rpm旋涂15s，随后以高速2000rpm旋涂15s。

9、进一步地，所述减薄方法中，所述有机溶剂选用无水乙醇或丙酮，所述浸泡的时间为2～10天，减薄后te纳米片的厚度为1～20nm。

10、进一步地，所述干法转移工艺中，选取目标res2薄层，在转移平台上用pva/pdms将res2薄层转移至te纳米片上，在90～110℃温度条件下加热后分离pdms和pva，随后用60℃的二甲基亚砜分离pva和sio2/si衬底，并用去离子水清洗该衬底后用氮气枪吹干，制得res2/te异质结。

11、本发明另一方面提供一种二硫化铼-碲异质结结型场效应晶体管，包括衬底，设置于衬底上的p型碲纳米片，位于p型碲纳米片上、与p型碲纳米片呈交叉设置的n型二硫化铼薄层，第一电极和第二电极分别设置于p型碲纳米片的两端，第三电极和第四电极分别设置于n型二硫化铼薄层的两端；

12、所述第一电极和所述第二电极分别作为源极和漏极时，第三电极或第四电极作为栅极；或者所述第三电极和所述第四电极分别作为源极和漏极时，第一电极或第二电极作为栅极。

13、进一步地，所述p型碲纳米片的厚度为1～20nm，所述n型二硫化铼薄层的厚度为10～50nm。

14、进一步地，所述衬底选用sio2/si衬底，所述衬底作为底栅。

15、进一步地，所述第一电极、第二电极、第三电极和第四电极均选用au电极。

16、本发明另一方面还提供了上述二硫化铼-碲异质结结型场效应晶体管在集成电路中的应用。

17、本发明至少具有如下有益效果：

18、本发明经水热合成法制备含有p型碲纳米片的溶液，经旋涂将p型碲纳米片平铺于衬底上，插层减薄后在衬底上获得p型碲纳米片，随后经机械剥离和干法转移工艺将n型res2薄层转移至p型碲纳米片上，使res2薄层与te纳米片部分重叠，形成res2/te异质结，te纳米片的两端制备第一和第二电极，res2薄层的两端制备第三和第四电极，得到结型场效应晶体管。该制备方法简单易操作，不涉及介电层的制备，避免了复杂的介电工程，同时表面无悬挂键的res2薄层与te纳米片二维材料制备构建的范德华异质结避免了多晶介质层与半导体表面接触时界面缺陷引起的回滞，使得该结型场效应晶体管应用于集成电路中时，电路的稳定性得以提升。

19、本发明的结型场效应晶体管将p型碲纳米片和n型res2薄层部分重叠形成异质结，通过对碲纳米片两端的第一和第二电极或者res2薄层两端的第三和第四电极的选择，构造p型jfet或n型jfet，实现了p型jfet和n型jfet集成于同一结构中的多功能结型场效应晶体管，通过引入底栅调控，结栅调控的同时通过施加固定底栅电压调节沟道载流子浓度，促使器件实现更有效的开启与关断，达到降低亚阈值摆幅的效果，该结型场效应晶体管具有低的亚阈值摆幅、高的开关比和载流子迁移率，实现了低功耗，节约了成本。

技术特征：

1.一种二硫化铼-碲异质结结型场效应晶体管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1的所述制备方法，其特征在于，所述水热合成法中，将亚碲酸钠和聚乙烯吡咯烷酮以52.4：1的摩尔比溶于一定体积的去离子水中，并滴入4ml的氨水和2ml的水合肼混合得到单质碲前驱体，将该前驱体置于反应釜内衬中，在180℃温度条件下反应24小时获得含有厚度在50nm～100nm范围的te纳米片的溶液。

3.根据权利要求1或2的所述制备方法，其特征在于，所述旋涂中，先以低速500rpm旋涂15s，随后以高速2000rpm旋涂15s。

4.根据权利要求3的所述制备方法，其特征在于，所述减薄方法中，所述有机溶剂选用无水乙醇或丙酮，所述浸泡的时间为2～10天，减薄后te纳米片的厚度为1～20nm。

5.根据权利要求3的所述制备方法，其特征在于，所述干法转移工艺中，选取目标res2薄层，在转移平台上用pva/pdms将res2薄层转移至te纳米片上，在90～110℃温度条件下加热后分离pdms和pva，随后用60℃的二甲基亚砜分离pva和sio2/si衬底，并用去离子水清洗该衬底后用氮气枪吹干，制得res2/te异质结。

6.一种二硫化铼-碲异质结结型场效应晶体管，其特征在于，包括衬底，设置于衬底上的p型碲纳米片，位于p型碲纳米片上、与p型碲纳米片呈交叉设置的n型二硫化铼薄层，第一电极和第二电极分别设置于p型碲纳米片的两端，第三电极和第四电极分别设置于n型二硫化铼薄层的两端；

7.根据权利要求6的所述结型场效应晶体管，其特征在于，所述p型碲纳米片的厚度为1～20nm，所述n型二硫化铼薄层的厚度为10～50nm。

8.根据权利要求6或7的所述结型场效应晶体管，其特征在于，所述衬底选用sio2/si衬底，所述衬底作为底栅。

9.根据权利要求6或7的所述结型场效应晶体管，其特征在于，所述第一电极、第二电极、第三电极和第四电极均选用au电极。

10.权利要求6至9任一项的所述二硫化铼-碲异质结结型场效应晶体管在集成电路中的应用。

技术总结
本发明涉及一种二硫化铼‑碲异质结结型场效应晶体管及其制备方法和应用，包括设置于衬底上的p型碲纳米片，与p型碲纳米片呈交叉设置的n型二硫化铼薄层，第一电极和第二电极分别设置于p型碲纳米片的两端，第三电极和第四电极分别设置于n型二硫化铼薄层的两端；第一电极和第二电极分别作为源极和漏极时，第三或第四电极作为栅极；第三电极和第四电极分别作为源极和漏极时，第一或第二电极作为栅极，该设置使得同一结构中集成了p型和n型JFET，使得通过不同电极的选择实现了p型JFET和n型JFET的切换，实现了低功耗和高迁移率，节约了成本；该方法简单易操作，不涉及介电层的制备，避免了复杂的介电工程，提升了器件性能。

技术研发人员：孙一鸣,朱玲玉,陈薪好,黎飞,赵一铭
受保护的技术使用者：华南师范大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15