[发明专利]一种过渡金属族硫化物逻辑运算器及其构筑方法

说明书

本发明属于逻辑运算器领域，涉及一种过渡金属族硫化物同质结逻辑运算器及其构筑方法。构筑方法为：对一个过渡金属族硫化物纳米片的一半区域进行保护，另一半未保护的区域用弱氧化性溶液进行硫空位的构筑。而过渡金属族硫化物的电子特性受硫空位调控的影响明显，从而在保护区域和硫空位构筑区域产生了电子浓度差，形成同质结。在原始区域，硫空位构筑区域和同质结区域构筑电极之后便可得到同质结逻辑运算器，避免了复杂范德华异质结堆垛的工艺和不稳定的器件界面和不稳定的P/N掺杂，提供一个简单稳定的同质结逻辑运算器构筑新途径。由于二维过渡金属族硫化物超薄的特性，将在下一代柔性，透明，大规模集成电子器件上面具有极大的应用前景。

技术领域

本发明属于逻辑运算器领域，涉及一种简单、独特、有效的过渡金属族硫化物同质结逻辑运算器的过渡金属族硫化物逻辑运算器及其构筑方法。

背景技术

二维半导体同质结逻辑运算器，相比传统硅基CMOS逻辑运算器，具备集成度更高，无短沟道效应，栅极调控灵敏等优点。相比二维半导体异质结逻辑运算器，其无界面晶格错配现象，界面载流子陷阱少进而接触电阻小，器件稳定性好以及集成工艺简单等优点。有望发展成为下一代主要的集成电子器件。另一方面，具有半导体性质的二维过渡金属族硫化物具有一定的光学带隙，表面无悬挂键,化学性质稳定。单层二维过渡金属族硫化物更体现出直接带隙。基于这些优异的特性，二维过渡金属族硫化物在场效应晶体管，PN结二极管，忆阻器和逻辑运算器等电子和光电子领域具有极大地发展潜力。例如单层MoS₂场效应晶体管开关比可达10⁸，室温最大迁移率达410 cm²s^-1v^-1；单层MoS₂与BP，WSe₂等P型二维半导体构筑的范德华异质结逻辑运算器可实现多功能信号转换，增益达12。此外，单层超薄过渡金属族二硫化物极其适合构筑柔性透明电子和光电子器件，如离子液体顶栅调控的单层MoS₂和单层WSe₂ CMOS逻辑运算器实现高达110的电压增益。因此，过渡金属族硫化物半导体材料在未来亚10 nm集成电子器件以及柔性透明，可穿戴电子器件领域具有极大的发展空间和应用前景。

然而现存用于构筑过渡金属族硫化物逻辑运算器的方法，大多工艺复杂，很难实现大面积集成。现存的方法主要分为两类：一、P/N掺杂法, 这种方法是将传统的N/P型二维材料通过等离子体，强酸或者高温退火等，使得材料结构中的部分原子被替换而表现出P/N型特征，进而构筑逻辑运算器。此方法与传统CMOS工艺兼容性差，对材料有一定的破坏性。掺杂后的稳定性差。此外，对单层二维过渡金属族硫化物而言，由于结构受限，很难实现类似硅材料理想的掺杂效果。二、范德华异质结法。这种方法是将P型和N型的二维材料通过范德华力堆垛在一起，实现PN结特性构筑逻辑运算器。此方法工艺极其复杂，每一层材料的堆叠都会不可避免地引入残胶和杂质，引入异质结的晶格错配，从而降低器件的性能。此外，大面积的集成很难实现，极大地限制二维半导体材料的发展。

我们发明的二维过渡金属族硫化物纳米片同质结逻辑运算器，构筑过程简单，与传统CMOS工艺兼容。可用于大面积的过渡金属族硫化物逻辑运算器的集成，器件稳定性良好。此方法完善了上述两类方法的缺点，同时具备它们的优点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种简单，与传统CMOS工艺兼容的过渡金属族硫化物逻辑运算器的构筑方法。此工艺旨在提供一种能摆脱极度难掺杂和复杂堆垛，简单有效的构筑逻辑运算器的新途径。

为达上述目的，本发明的技术方案：一种过渡金属族硫化物逻辑运算器，所述过渡金属族硫化物逻辑运算器包括目标基底、过渡金属族硫化物纳米片和电极；

其中，所述过过渡金属族硫化物纳米片设置所述目标基底上，所述过渡金属族硫化物纳米片分为硫空位构筑区域，原始区域以及同质结区域；所述电极分别设置在所述硫空位构筑区域，原始区域和同质结区域上。