[发明专利]基于纳米带的晶体管及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于纳米带的晶体管，包括：衬底；设置于所述衬底上的栅电极；设置于所述栅电极上的栅介质层；设置于所述栅介质层上的有源层，所述有源层包括至少一条氮化硼纳米带，所述至少一条氮化硼纳米带均包括用于打开带隙的材料；以及设置于所述有源层上的源电极和漏电极。

技术领域

本发明的实施例涉及半导体领域，特别涉及一种基于纳米带的晶体管。

背景技术

相对于传统的块体材料，二维材料由于其优越的光学、电学及热学特性而被广泛应用于半导体器件。二维材料中最典型的代表是石墨烯，然而，带隙为零这一特性阻碍了石墨烯在电子器件(如晶体管)中的应用。对此，一些具有较高电子迁移率并具有带隙的二维材料(例如，二硫化钼(MoS₂)、氮化硼(BN)、黑磷等)替代石墨烯在晶体管器件中发挥了重要作用。

随着器件小型化发展，MoS₂、BN、黑磷等的尺寸也需要相应缩小，然而，当MoS₂、BN、黑磷等二维材料缩小到纳米带尺寸时，其半导体特性将消失，即二维材料的纳米带带隙为零，不再适于制备晶体管。

因此，有必要研究一种基于小尺寸二维材料的晶体管。

发明内容

本发明的实施例旨在提出一种基于纳米带的晶体管及其制备方法。

根据本发明的一个方面，提出一种基于纳米带的晶体管，包括：衬底；设置于所述衬底上的栅电极；设置于所述栅电极上的栅介质层；设置于所述栅介质层上的有源层，所述有源层包括至少一条氮化硼纳米带，所述至少一条氮化硼纳米带均包括用于打开带隙的材料；以及设置于所述有源层上的源电极和漏电极。

根据一些实施方式，所述用于打开带隙的材料包括非金属元素H、O、S、Se、F、Cl，惰性气体He、Ne、Ar、Kr、Xe，以及金属元素Li、K、Y、V、Mn、Co、Pd、Ag、Au、Zn、Al、In、Si中的一种或多种。

根据一些实施方式，单条氮化硼纳米带包括钝化原子，所述钝化原子用于与所述单条氮化硼纳米带边缘的悬挂键结合。

根据一些实施方式，单条氮化硼纳米带的层数为1-10层；以及单条氮化硼纳米带的宽度为1-10nm。

根据一些实施方式，所述栅电极包括Mo、Pt、Au、Cu、Ag中的一种或多种；所述栅介质层包括Al₂O₃；以及所述源电极和所述漏电极包括Pt、Au、Cu、Ag中的一种或多种。

根据本发明的另一方面，提出一种制备基于纳米带的晶体管的方法，包括：提供衬底；在所述衬底上形成栅电极；在所述栅电极上形成栅介质层；在所述栅介质层上形成有源层，所述有源层包括至少一条氮化硼纳米带，并使得所述至少一条氮化硼纳米带均包括用于打开带隙的材料；在所述有源层上形成源电极和漏电极。

根据一些实施方式，所述方法还包括：在单条氮化硼纳米带上设置钝化原子，使得所述钝化原子与所述单条氮化硼纳米带边缘的悬挂键结合。

根据一些实施方式，所述方法还包括：提供临时衬底；在所述临时衬底上形成所述有源层，之后将所述有源层转移至所述栅介质层表面。

根据一些实施方式，所述方法还包括：基于第一性原理，计算得出所述用于打开带隙的材料。

在根据本发明的实施例的基于纳米带的晶体管中，通过将用于打开带隙的材料用于有源层的至少一条氮化硼纳米带的每一条中，使得纳米带尺寸的氮化硼可具有带隙，适于制备不同纳米尺寸的晶体管，满足了器件的小型化发展需求。并且，氮化硼纳米带具有较高的电子迁移率，可改善器件性能。此外，本发明的晶体管结构简单、便于制作。

附图说明

通过下文中参照附图对本发明所作的描述，本发明的其它目的和优点将显而易见，并可帮助对本发明有全面的理解。