[发明专利]2D-3D异质结隧道场效应晶体管

权利要求书

1.一种晶体管，包括：

背栅电极；

第一绝缘膜，形成在所述背栅电极上；

异质结材料层，形成在所述第一绝缘膜上并且由第一材料制成，所述第一材料的带隙能量根据厚度而变化，所述异质结材料层包括用于源极区域的第一厚度部分和用于沟道区域和漏极区域的第二厚度部分，从而具有厚度差，所述第一厚度部分和所述第二厚度部分具有不同的厚度；

源电极，形成在所述第一厚度部分的所述源极区域中；

漏电极，形成在所述第二厚度部分的所述漏极区域中；和

顶栅电极，形成在所述第二厚度部分的所述沟道区域中。

2.根据权利要求1所述的晶体管，进一步包括形成在所述异质结材料层的所述漏极区域中的第二绝缘膜和石墨电极层或金属电极层。

3.根据权利要求2所述的晶体管，进一步包括第三绝缘膜，所述第三绝缘膜覆盖所述源极区域和所述沟道区域中的所述异质结材料层以及所述漏极区域中的所述石墨电极层或金属电极层；

其中，所述漏电极形成在所述异质结材料层的所述漏极区域中的所述石墨电极层或金属电极层上，以及

其中，所述顶栅电极形成在所述异质结材料层的所述沟道区域中的所述第三绝缘膜上。

4.根据权利要求1所述的晶体管，其中，在所述异质结材料层中，根据所述第一厚度部分和所述第二厚度部分之间的带隙变化，即使在不使用不同材料的情况下，也在单个材料层内通过厚度差形成异质结。

5.根据权利要求1所述的晶体管，其中，所述异质结材料层包括一种结构，在所述结构中所述第一厚度部分是块体(3D)材料层，并且所述第二厚度部分是单层(2D)材料层。

6.根据权利要求2所述的晶体管，其中，所述第二绝缘膜包括hBN膜或高k绝缘膜。

7.根据权利要求6所述的晶体管，其中所述hBN膜以化学气相沉积(CVD)或外延方式生长。

8.根据权利要求6所述的晶体管，其中，所述高k绝缘膜以原子层沉积(ALD)方式沉积并形成。

9.根据权利要求2所述的晶体管，其中，所述第二绝缘膜的厚度是1nm或更小。

10.根据权利要求3所述的晶体管，其中，所述第二绝缘膜用作所述石墨电极层或金属电极层与所述漏极区域中的所述异质结材料层之间的隧道势垒。

11.根据权利要求1所述的晶体管，其中，所述异质结材料层包括具有层状结构的范德华材料层，所述层状结构包括黑磷(BP)、过渡金属硫族化合物(TMDC)或诸如碲烯和GeP的其他2D材料。

12.根据权利要求1所述的晶体管，其中，所述第一绝缘膜包括双层绝缘膜。

13.根据权利要求1所述的晶体管，其中所述第一绝缘膜包括高k绝缘膜和在该高k绝缘膜上的hBN膜。

14.根据权利要求3所述的晶体管，进一步包括在所述沟道区域中的所述异质结材料层上的、在所述第三绝缘膜和所述顶栅电极之间的第四绝缘膜。

15.根据权利要求14所述的晶体管，其中，所述第三绝缘膜是hBN膜，并且所述第四绝缘膜包括高k绝缘膜。

16.根据权利要求3所述的晶体管，其中，当所述第二绝缘膜和所述石墨电极层或金属电极层形成在所述异质结材料层的所述漏极区域的上表面和侧表面上时，所述漏电极被构造为接触所述石墨电极层或金属电极层。

17.根据权利要求1所述的晶体管，其中，根据施加在所述漏电极和所述源电极之间的偏置电压的极性，所述晶体管以n型或p型操作。