[发明专利]基于二维半导体异质结的与/或逻辑门电路及其实现和制备方法

说明书

本发明公开了一种基于二维半导体异质结的与/或逻辑门电路及其实现和制备方法。利用两个具有单向导电性的二维半导体异质PN结并联，再配合固定电阻，即可以实现与/或逻辑功能。通过栅压的改变调节二维半导体异质结的单向导电性的方向，实现从PN结到NP结的变化。当二维半导体异质结处于不同的单向导电的方向时，能够分别实现与逻辑功能，或逻辑功能，即通过改变栅压，可以实现与/或逻辑的转变。本发明器件制备工艺简单，电路实现容易，大大降低电路面积，可实现大规模集成。

技术领域

本发明属于纳电子学技术领域，具体涉及一种二维半导体异质结的与/或逻辑门电路的实现以及制备方法。

背景技术

二维材料具有诸多令人瞩目的物理、化学性质，使其成为目前国际材料科学研究的前沿焦点。它们性质多样且互补，涵盖了从导体、半导体到绝缘体各种类型，包括石墨烯、过渡金属二硫族化合物、黑磷和氮化硼等。在电子器件领域，近年来二维半导体材料由于其原子级厚度可以实现理想栅控，较大的禁带宽度可以抑制源漏隧穿电流等成为了后摩尔时代非常有前景的一类半导体材料，尤其是在未来低功耗领域具有很大的应用潜力。另外，由于其优异的光学、电子、机械性能等，有很多方面的应用，包括光电器件和柔性器件等。同时由于其具备大规模生产的潜力，未来基于全二维材料集成的电路有望成为现实，研究者们也越来越关注基于二维半导体材料的器件以及相关的电路。目前针对逻辑电路应用，已经有研究利用二维半导体材料及其异质结实现了反相器，是逻辑电路当中最基本的一个逻辑门。针对未来基于全二维半导体材料的电路仅仅实现基本的反相器是不够的，同时还需要考虑与逻辑门，或逻辑门，以及与或逻辑门。目前还没有相关方向的研究，这也成为未来二维半导体材料电路应用的一个亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提出一种基于二维半导体异质结的与/或逻辑门电路的实现以及制备方法。在本发明中采用两种不同的二维半导体材料形成异质结，两个异质结共用一个端口。由于两种二维半导体材料的功函数、掺杂浓度等不同，两种二维半导体材料接触之后会形成PN结，该PN结具有单向导电性。利用两个具有单向导电性的PN结并联，再配合电阻的使用，即可以实现与/或逻辑功能。由于二维半导体材料的厚度较薄，通过栅压可以对二维半导体材料进行电学掺杂，从而改变其掺杂类型，利用这一二维半导体材料独有的特点，可以通过栅压的改变调节二维半导体异质结的单向导电性的方向，实现从PN结到NP结的变化。当二维半导体异质结处于不同的单向导电的方向时，能够分别实现与逻辑功能，或逻辑功能，也就是通过改变栅压，可以实现与/或逻辑的转变。

具体的，本发明的技术方案如下：

一种基于二维半导体异质结的与/或逻辑门电路，包括一个二维半导体异质结器件和一个外接的固定电阻，其中：所述二维半导体异质结器件包括绝缘衬底，以及绝缘衬底上的第一二维半导体材料；在所述第一二维半导体材料上方，两端分别有第二二维半导体材料和第三二维半导体材料与之形成纵向堆叠，并形成两个单向导电性方向相同的异质PN结，且所述第二二维半导体材料和第三二维半导体材料之间互不相连；两个异质PN结共用的电极位于第一二维半导体材料上方，非共用电极分别位于第二二维半导体材料和第三二维半导体材料上方；所述外接的固定电阻连接两个异质PN结共用的电极。

所述第二二维半导体材料和第三二维半导体材料可以相同，也可以不同。第二二维半导体材料和第三二维半导体材料均与第一二维半导体材料的功函数、掺杂浓度等不同，这样才会在两种二维半导体材料接触之后形成PN结，该PN结具有单向导电性。