[发明专利]基于二维电子气调控背栅的二维材料晶体管、制法和应用

说明书

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。

技术领域

本发明特别涉及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，属于半导体电子器件技术领域。

背景技术

石墨烯等二维材料的出现和成功制备为各领域的发展注入了新的活力，二维材料种类包括金属、半导体及绝缘体，其中，具有半导体特性的二维材料在微电子器件方面有着广阔的应用前景。但受到二维材料本身材料的限制，并不适合制作高功率和高耐压器件。并且由于缺乏有效的性能表征手段，二维材料的发展受到了极大的限制。

现有的二维材料场效应晶体管多利用二维材料作为沟道层制备场效应晶体管，其结构如图1所示，其自下而上依次有导电基底、绝缘介质层、二维材料、金属电极。该方法简化了二维材料场效应晶体管的制备工艺、提高制备效率和成品率。

例如，CN107068745A公开了一种场效应晶体管的制备方法，其将两种不同的二维晶体组成异质结结构，利用该异质结结构作为导电沟道材料制备场效应晶体管，该器件适用于集成电路等领域；CN104078501A中公开了基于二维半导体材料的低压场效应晶体管，其包括：栅区、源区、漏区、沟道区和衬底。其栅介质为对电子绝缘、对离子导电的无机多孔材料，同时含有正、负两种离子。栅介质与沟道区的界面形成双电层电容，使得器件工作电压大大减低，同时采用少层二维半导体材料作为沟道区材料，使得器件可以同时实现电子导电和空穴导电。

然而，现有技术多采用导电基底作为背栅，与其他器件的集成度差，而且具有较大的寄生电容，以及实验可重复性差，工艺复杂，操作难度大，无法批量制备；并且现有晶体管对栅介质材料要求苛刻，难以达到理想的效果。因此，提供一种可调制背栅的二维材料晶体管仍是业界亟待解决的问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供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，以克服现有技术的不足。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例提方面提供了一种基于二维电子气调控背栅的二维材料晶体管，其包括：

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。

在一些实施方案中，还可在第二半导体上设置绝缘介质层，并将所述源极、漏极设置在绝缘介质层上。

本发明实施例还提供了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；