一种隧穿场效应晶体管及其制备方法技术

本发明专利技术属于晶体管技术领域，具体涉及一种隧穿场效应晶体管及其制备方法。本发明专利技术隧穿场效应晶体管包括：二维材料层；分别位于所述二维材料层两侧的金属源极和金属漏极，金属源极和金属漏极具有不同的功函数，与二维材料层形成极性相反的电接触；位于二维材料层表面的第一栅堆叠，包括第一栅介质层和第一栅电极层，其中，第一栅介质层位于所述二维材料层和第一栅电极层之间。通过采用不同功函数的金属作为器件的源、漏电极，在金属与二维材料的界面处分别形成电子和空穴的肖特基势垒，进而在器件沟道两侧实现P型和N型接触，巧妙地构成典型的TFET器件结构。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于晶体管
，具体涉及隧穿场效应晶体管及其制备方法。
技术介绍
随着半导体器件特征尺寸的进一步等比例缩小，传统的半导体器件将达到尺寸的极限。为进一步提高器件的性能，技术人员开始对新结构，新材料，新工艺进行积极的探索。隧穿场效应晶体管(TFET，TunnelingField-EffectTransistor)采用带带隧穿(BTBT)新导通机制，是一种非常有发展潜力的适于系统集成应用发展的新型低功耗器件。TFET通过栅电极控制源端与沟道交界面处隧穿结的隧穿宽度，使得源端价带电子隧穿到沟道导带(或沟道价带电子隧穿到源端导带)形成隧穿电流。这种新型导通机制突破传统MOSFET亚阈值斜率理论极限中热电势kT/q的限制，可以实现低于60mV/dec的具有超陡亚阈值斜率，降低器件静态漏泄电流进而降低器件静态功耗。此外，近年来，二维半导体材料凭借其新颖的物理化学性质成为一个全球科学研究热点。2010年，物理诺贝尔奖涉及的石墨烯就是一种只有原子厚度的二维导电材料，其在各个领域的研究和应用至今方兴未艾。随着石墨烯的发现，二硫化钼，二硫化钨，黑磷等二维材料由于结构与石墨烯类似，又重新成为研究焦点。以二硫化钨为例，单层结构的材料，除了表现出高的迁移率、高开关比等优异电学性质外，更重要的是它还具有石墨烯所不具备的~1.9eV的带隙。这些新发现的二维材料体系可以很好的应用到下一代半导体器件中，进一步提高器件性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种隧穿场效应晶体管及其制备方法。本专利技术提供隧穿场效应晶体管，包括：二维材料层；金属源极和金属漏极，分别位于所述二维材料层的两侧，且所述金属源极和金属漏极具有不同的功函数，与所述二维材料层形成极性相反的电接触；第一栅堆叠，位于所述二维材料层的其中一个表面上，包括第一栅介质层和第一栅电极层，其中，所述第一栅介质层位于所述二维材料层与所述第一栅电极层之间。优选地，还包括：第二栅堆叠，与所述第一栅堆叠相对，位于所述二维材料层的另一表面，包括第二栅介质层和第二栅电极层，其中，所述第二栅介质层位于二维材料层与所述第二栅电极层之间。优选地，所述第一栅电极层为重掺杂半导体衬底。优选地，还包括：界面层，位于所述二维材料层上，在金属源极和金属漏极之间，栅介质层之下。优选地，所述二维材料为二硫化钼、二硫化钨或黑磷。本专利技术还提供上述隧穿场效应晶体管的制备方法，具体步骤如下：形成二维材料层形成；形成金属源极和金属漏极，在所述二维材料层两侧形成金属源极和金属漏极，且所述金属源极和金属漏极具有不同的功函数，与所述二维材料层形成极性相反的电接触；以及，形成第一栅堆叠形，在所述二维材料层的一个表面上形成第一栅堆叠，所述第一栅堆叠层包括第一栅介质层和第一栅电极层，其中，所述第一栅介质层形成于所述二维材料层与第一栅电极层之间。优选地，还包括形成第二栅堆叠步骤：在所述二维材料层的另一表面，与所述第一栅堆叠相对位置形成第二栅堆叠，包括第二栅介质层和第二栅电极层，其中，所述第二栅介质层位于二维材料层与所述第二栅电极层之间。优选地，所述所述第一栅电极层为重掺杂半导体衬底。优选地，在形成所述金属源极和金属漏极的步骤之前，还包括形成界面层步骤：在所述二维材料层上形成界面层。优选地，所述二维材料为二硫化钼、二硫化钨或黑磷。本专利技术采用不同功函数的金属作为器件的源、漏电极，在金属/二维材料界面处分别形成电子和空穴的肖特基势垒，进而在器件沟道两侧实现P型和N型接触，巧妙地构成典型的TFET器件结构，该方法能够简化工艺流程，降低生产成本并可以实现基于二维材料的TFET器件的大规模制备。此外，器件沟道的长度由器件源、漏端距离所决定，因此通过调节TFET器件源、漏端的距离可以实现器件尺寸的精确控制。附图说明图1是具有顶栅结构的TFET器件结构示意图。图2是具有顶栅结构且包含界面层的TFET器件结构示意图。图3是具有背栅结构的TFET器件结构示意图。图4是具有背栅结构且包含界面层的TFET器件结构示意图。图5是具有双栅结构的TFET器件结构示意图。图6是具有双栅结构且包含界面层的TFET器件结构示意图。图7是以衬底作为第一栅电极层的具有背栅结构的TFET器件结构示意图。图8是以衬底作为第一栅电极层的具有双栅结构的TFET器件结构示意图。图9是对以衬底作为第一栅电极层的TFET器件的制备方法进行表示的流程图。图10是形成二维材料层后的器件剖面结构示意图。图11是形成界面层后的器件剖面结构示意图。图12是形成金属源极后的剖面结构示意图。图13是形成金属漏极后的背栅结构的TFET器件结构示意图。图14是形成第二栅介质层后的剖面结构示意图。图15是形成第二栅电极层后的双栅结构的TFET器件结构示意图。图16是对具有双栅结构的TFET器件的制备方法进行表示的流程图。图17是对具有顶栅结构的TFET器件的制备方法进行表示的流程图。具体实施方式以下将参照附图详细描述本专利技术的实施例，在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。以下所述实施例是示例性的，为了简化本专利技术的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，这些仅仅是示例，旨在解释本专利技术而不能理解为对本专利技术的限制。此外，本专利技术提供了各种特定的工艺和材料的例子，但是正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本专利技术。除非在下文中特别指出，器件的各部分均可采用本领域公知的工艺和材料实现。另外，在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语\上\、\下\等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语\第一\、\第二\仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有\第一\、\第二\的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。如图1所示为本专利技术实施例的基于二维材料的具有顶栅结构的隧穿场效应晶体管结构图。隧穿场效应晶体管包括：支撑衬底30，支撑衬底30可以是硅衬底，也可是其它类型的半导体衬底，例如，单晶锗、单晶锗硅、多晶硅、多晶锗硅、绝缘层上硅衬底、绝缘层上锗衬底、GaAs衬底、InAs衬底、InSb衬底、GaSb衬底等。二维材料层102，位于支撑衬底30之上，二维材料层102可以为二硫化钼、二硫化钨或黑磷等，厚度可以为单原子层及以上，优选为1～３个原子层。金属源极104和金属漏极105，分别位于所述二维材料层102的两侧，且所述金属源极104和金属漏极105具有不同的功函数，与所述二维材料层102形成极性相反的电接触。例如，在本专利技术的一个实施例中二维材料层102为二硫化钨，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种隧穿场效应晶体管，其特征在于，包括：二维材料层；金属源极和金属漏极，分别位于所述二维材料层的两侧，且所述金属源极和金属漏极具有不同的功函数，与所述二维材料层形成极性相反的电接触；第一栅堆叠，位于所述二维材料层的其中一个表面上，第一栅堆叠包括第一栅介质层和第一栅电极层，其中，所述第一栅介质层位于所述二维材料层与所述第一栅电极层之间。

【技术特征摘要】
1.一种隧穿场效应晶体管，其特征在于，包括：
二维材料层；
金属源极和金属漏极，分别位于所述二维材料层的两侧，且所述金属源极和金属漏极具有不同的功函数，与所述二维材料层形成极性相反的电接触；
第一栅堆叠，位于所述二维材料层的其中一个表面上，第一栅堆叠包括第一栅介质层和第一栅电极层，其中，所述第一栅介质层位于所述二维材料层与所述第一栅电极层之间。
2.根据权利要求1所述的隧穿场效应晶体管，其特征在于，还包括：
第二栅堆叠，与所述第一栅堆叠相对，位于所述二维材料层的另一表面，第二栅堆叠包括第二栅介质层和第二栅电极层，其中，所述第二栅介质层位于二维材料层与所述第二栅电极层之间。
3.根据权利要求1或2所述的隧穿场效应晶体管，其特征在于，所述第一栅电极层为重掺杂半导体衬底。
4.根据权利要求1或2所述的隧穿场效应晶体管，其特征在于，还包括：
界面层，位于所述二维材料层上。
5.根据权利要求1或2所述的隧穿场效应晶体管，其特征在于，
所述二维材料为二硫化钼、二硫化钨或黑磷。
6.一种权利要求1-5之一所述隧穿场效应晶体管的制备方法，其特征在于，包括以下步...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈琳，戴亚伟，郑亮，孙清清，张卫，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：上海;31