一种二维半导体负电容场效应管制造技术

本专利公开了一种二维半导体负电容场效应管。器件结构自下而上依次为衬底、二维半导体、金属源漏电极、具有负电容效应的铁电栅电介质和金属栅电极。首先在衬底上制备过渡金属硫族化合物二维半导体，运用电子束光刻技术结合剥离工艺制备金属源漏电极，在该结构上制备具有负电容效应的铁电薄膜，最后在该薄膜上制备金属栅电极，形成铁电调控的二维半导体负电容场效应器件结构。区别于其它二维半导体负电容场效应器件结构，该金属‑铁电‑半导体结构可实现高性能的负电容场效应器件。电学测试结果表明，此类器件的亚阈值摆幅远小于60mV/dec，突破了玻尔兹曼极限，该类二维半导体负电容场效应器件同时具备极低功耗、高速翻转等特点。

A two-dimensional semiconductor negative capacitance field effect tube

This patent discloses a two-dimensional semiconductor negative capacitance field effect tube. The device structure from bottom to top is the substrate, the two-dimensional semiconductor, the metal source leakage electrode, the ferroelectric gate dielectric with negative capacitance effect and the metal gate electrode. The first substrate preparation of transition metal chalcogenide semiconductor two-dimensional, preparation of metal source drain electrode with stripping process using electron beam lithography technology for preparing ferroelectric thin film with negative capacitance effect on the structure, the thin film prepared on metal gate electrode, forming two-dimensional semiconductor electric iron regulation negative capacitance field the effect of device structure. Different from other two-dimensional semiconductor negative capacitance field effect device structure, negative capacitance of the metal ferroelectric field effect devices semiconductor structure can achieve high performance. The electrical test results show that the subthreshold swing of such devices is much smaller than that of 60mV/dec, which breaks through the Boltzmann limit. The two dimensional semiconductor negative capacitance field effect devices have the characteristics of extremely low power consumption and high speed flip.

【技术实现步骤摘要】
一种二维半导体负电容场效应管
本专利涉及一种低功耗的低维半导体电子器件，具体指一种基于铁电材料调控的二维半导体材料负电容场效应管。
技术介绍
随着集成电路技术的发展，该技术已经广泛应用于各类电子产品，由于集成度的不断提高，在电子产品性能提高的同时，降低功耗也是电子产品发展的必然趋势。在摩尔定律的牵引下，传统的场效应晶体管器件尺寸不断缩小、集成度不断提高，从而使得芯片的功耗不断增加。然而，由于传统场效应晶体管基于热载流子扩散导通机制，导致其无法克服玻尔兹曼极限，即器件的亚阈值摆幅(SS)在室温下无法突破60mV/dec。因此若不能开发出新的机制及措施来进一步降低器件亚阈值摆幅，集成电路将无法遵循摩尔定律继续发展，更重要的是其功耗也无法进一步降低。Salahuddin和Datta曾指出，利用铁电材料代替传统场效应晶体管中的栅电介质材料，可以有效地提高器件中半导体沟道的表面势，使其大于外加栅电压，即实现电压放大效果。该电压放大效果即利用了铁电材料的负电容效应。亚阈值摆幅的计算公式为：SS＝dVG/d(logISD)＝(dVG/dψS)/dψS/d(logISD)＝(1+CS/Cins)(k本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种二维半导体负电容场效应管，器件结构自下而上依次为：衬底(1)、氧化物层(2)、过渡金属硫族化合物二维半导体材料(3)、金属源极(4)、金属漏极(5)、具有负电容效应的铁电栅电介质层(6)和金属栅电极(7)，其特征在于：所述的衬底(1)为重掺杂的硅衬底；所述的氧化物层(2)为二氧化硅，厚度285±5纳米；所述的二维半导体材料(3)为过渡金属硫族化合物，厚度1层至10层分子；所述的金属源极(4)和金属漏极(5)为铬和金电极，下层铬厚度为5‑10纳米，上层金厚度为30‑50纳米；所述的具有负电容效应的铁电栅电介质层(6)为聚偏氟乙烯基铁电聚合物薄膜，厚度为50‑300纳米；所述的金属栅电极(7)...

【技术特征摘要】
1.一种二维半导体负电容场效应管，器件结构自下而上依次为：衬底(1)、氧化物层(2)、过渡金属硫族化合物二维半导体材料(3)、金属源极(4)、金属漏极(5)、具有负电容效应的铁电栅电介质层(6)和金属栅电极(7)，其特征在于：所述的衬底(1)为重掺杂的硅衬底；所述的氧化物层(2)为二氧化硅，厚度285±5纳米；所述的二维半导体材料(3)为过渡金属硫族化合物，厚度1层...

【专利技术属性】
技术研发人员：王建禄，王旭东，孟祥建，沈宏，林铁，孙硕，孙璟兰，褚君浩，
申请(专利权)人：中国科学院上海技术物理研究所，
类型：新型
国别省市：上海,31