一种基于二维半导体材料的陡亚阈器件及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于二维半导体材料的陡亚阈器件及其制备方法，在器件源区和沟道区之间插入由两种不同电子亲和势的纳米厚度的二维半导体材料重复堆垛形成的超晶格结构，构成能量窗口。当器件处于关态时，高于能量窗口的载流子被截断，无法进入沟道当中，可以获得超低泄漏电流。在施加栅压的过程中，势垒逐渐降低，源区位于能量窗口内的载流子可以通过窗口进入沟道，被漏端收集形成电流，可以获得小于60mV/dec的亚阈值斜率。当器件处于开态时，栅压可以调控二维半导体材料之间的能带对准方式，降低源区和超晶格之间势垒高度，相比传统的三维半导体材料构成的超晶格陡亚阈器件来讲，可以获得更高的开态电流。该器件制备工艺简单，具备大规模生产能力。

【技术实现步骤摘要】
一种基于二维半导体材料的陡亚阈器件及其制备方法
本专利技术属于纳电子学
，具体涉及一种基于二维半导体材料的陡亚阈器件及其制备方法。
技术介绍
随着传统MOSFET特征尺寸的减小，集成度的提高，器件的工作电压和阈值电压逐渐降低。随之而来的短沟道效应更加明显，漏致势垒降低和源-漏带带隧穿会引起器件的泄漏电流和功耗增大。另外，由于MOSFET热发射的电流机制，其亚阈值斜率受热电势的限制，存在理论极限60mV/dec，且无法随着器件尺寸的减小而降低，因此导致器件的泄漏电流进一步增大，功耗问题加剧。目前，功耗问题已经是小尺寸逻辑器件设计重点关心的方面，因而超陡亚阈值斜率器件等相关研究引起了广泛关注。作为一种超陡亚阈值斜率器件，隧穿场效应晶体管(TFET)打破传统MOSFET热发射的电流机制，利用带带隧穿机制，可以突破亚阈值斜率60mV/dec的极限。同时TFET的P-I-N结构使其具有低泄漏电流和工艺兼容性好等优点。但传统Si基TFET的隧穿势垒较高，导致隧穿几率较低，限制了TFET的广泛应用。目前研究者们提出了多种方法提升隧穿几率，改善TFET开态电流，比如采用异质结能带设计，或者应变本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于二维半导体材料的陡亚阈器件，包括绝缘衬底、源区、漏区、沟道区、栅介质层、源电极、漏电极和控制栅电极，其中，源区为具有窄禁带宽度的二维半导体材料，沟道区和漏区为二维半导体材料；在源区上方，源区和沟道区之间插入由两种具有不同电子亲和势的纳米尺度厚度的二维半导体材料重复堆垛形成的超晶格结构；栅介质层和控制栅电极位于超晶格结构上方。

【技术特征摘要】
1.一种基于二维半导体材料的陡亚阈器件，包括绝缘衬底、源区、漏区、沟道区、栅介质层、源电极、漏电极和控制栅电极，其中，源区为具有窄禁带宽度的二维半导体材料，沟道区和漏区为二维半导体材料；在源区上方，源区和沟道区之间插入由两种具有不同电子亲和势的纳米尺度厚度的二维半导体材料重复堆垛形成的超晶格结构；栅介质层和控制栅电极位于超晶格结构上方。2.如权利要求1所述的陡亚阈器件，其特征在于，所述具有窄禁带宽度的二维半导体材料选自下列二维半导体材料中的一种：MoTe2、WTe2、ZrSe2、HfSe2。3.如权利要求1所述的陡亚阈器件，其特征在于，用作沟道区和漏区的二维半导体材料相同或不同，选自下列二维半导体材料中的一种或多种：HfS2、MoS2、WS2、SnS2、MoSe2、WSe2。4.如权利要求1所述的陡亚阈器件，其特征在于，沟道区的厚度为0.6～5nm。5.如权利要求1所述的陡亚阈器件，其特征在于，超晶格结构中每层二维半导体材料的厚度相同，为0.6～2nm。6.如权利要求1所述的陡亚阈器件，其特征在于，形成超晶格结构的两种二维半导体材料的选自下列二维半导体材料中的两种：MoS2、WS2、SnS2、MoSe2。7.如权利要求1所述的陡亚阈器件，其特征在于，所述绝缘衬底为SiO2、云母、氮化硼或其他任何表面具有绝缘层的衬底材料；所述源电极和漏电极为与二维半导体材料有较好粘附性且能够形成欧姆接触的金属电极。8.权利要求1～...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄如，贾润东，黄芊芊，王慧敏，陈亮，陈诚，赵阳，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：北京,11