常关型场效应晶体管制造技术

本发明专利技术提供了一种常关型场效应晶体管，属于半导体器件领域，包括衬底、设于所述衬底上侧的至少两个相互间隔设置的二维材料层、设于所述二维材料层上侧的源电极、设于所述二维材料层上侧且与所述源电极间隔设置的漏电极、设于所述二维材料层上侧且位于所述源电极和所述漏电极之间的阻挡层及设于所述阻挡层上侧的至少一个栅电极；相邻两个所述二维材料层之间形成二维材料断层区，所述二维材料断层区的至少一侧边缘向外凸出于所述栅电极在所述二维材料层所在平面上的投影区域的侧边缘。本发明专利技术提供的常关型场效应晶体管在保证晶体管能够夹断，实现常关的同时，还不牺牲器件本身的迁移率和电子饱和速度，器件性能没有损失。

Constant shutoff field effect transistor

The invention provides a constant shutoff field effect transistor, which belongs to the field of semiconductor devices, including a substrate, at least two two two-dimensional material layers arranged at intervals on the upper side of the substrate, a source electrode arranged at the upper side of the two-dimensional material layer, a drain electrode arranged at the upper side of the two-dimensional material layer and spaced with the source electrode, and a drain electrode arranged at the upper side of the two-dimensional material layer and located at the upper side of the two-dimensional material layer. The barrier layer between the source electrode and the drain electrode and at least one gate electrode arranged on the upper side of the barrier layer form a two-dimensional material fault zone between two adjacent two two two-dimensional material layers, and at least one edge of the two-dimensional material fault zone protrudes outward from the lateral edge of the projection area on the plane where the gate electrode is located. The constant-closing field effect transistor provided by the invention ensures that the transistor can be clamped and the constant-closing can be realized without sacrificing the mobility and electronic saturation speed of the device itself, and the device performance is not lost.

【技术实现步骤摘要】
常关型场效应晶体管
本专利技术属于半导体器件
，更具体地说，是涉及一种常关型场效应晶体管。
技术介绍
二维纳米材料，是指电子仅可在两个维度的非纳米尺度(1-100nm)上自由运动(平面运动)的材料，如纳米薄膜。在过去的十年间，二维纳米材料的发现和研究取得了长足的发展，已经形成包括石墨烯，六边氮化硼，二硫化钼，二硫化钨，硅烯和锗烯等在内的二维材料家族，整个二维材料领域的发展也上升到了一个新的台阶。石墨烯为二维材料器件的典型代表。它具有很多优异的物理化学特性，是目前已知的最薄最轻的材料，其厚度仅为0.34nm，比表面积2630m2/g。石墨烯具有奇特的电输运特性，存在异常的整数量子霍尔效应，电子为无静质量的迪拉克费米子。石墨烯电学特性优异，具有极高的载流子迁移率，室温下为2×105cm2/V·s，为Si材料的100倍，理论迁移率值可达106cm2/V·s，是目前已知材料中最高的；载流子饱和速度大，为4-5×107cm/s；电流密度大。得益于材料本身优越特性和纳米栅工艺的突破，石墨烯场效应晶体管截止频率频频刷新记录，但是石墨烯器件的最大振荡频率一直是难题，瓶颈问题就是石墨烯场效应晶体管无法夹断，输出电导大，在高频功率和数字电路领域应用受限。目前实现石墨烯场效应晶体管常关的方法包括纳米带等，均是牺牲器件本身迁移率和电子饱和速度为代价，饱和电流和频率等器件性能损失较大。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种常关型场效应晶体管，以解决现有技术中存在的常关型石墨烯场效应晶体管的饱和电流和频率的器件性能损失大的技术问题。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：提供一种常关型场效应晶体管，包括：衬底、设于所述衬底上侧的至少两个相互间隔设置的二维材料层、设于所述二维材料层上侧的源电极、设于所述二维材料层上侧且与所述源电极间隔设置的漏电极、设于所述二维材料层上侧且位于所述源电极和所述漏电极之间的阻挡层及设于所述阻挡层上侧的至少一个栅电极；相邻两个所述二维材料层之间形成二维材料断层区，所述二维材料断层区的至少一侧边缘向外凸出于所述栅电极在所述二维材料层所在平面上的投影区域的侧边缘。进一步地，所述二维材料断层区的宽度大于等于1nm且小于等于10μm。进一步地，所述二维材料断层区的宽度大于等于10nm且小于等于300nm。进一步地，所述栅电极为直栅、T型栅、TT型栅、TTT型栅、V型栅、U型栅或Y型栅中的一种或多种的组合。进一步地，所述二维材料层为石墨烯构件、氮化硼构件、二硫化钼构件、二硫化钨构件、黑磷构件、硅烯或锗烯构件。进一步地，所述衬底为绝缘介质构件、半导体构件或由绝缘介质材料和半导体材料构成的多层复合构件。进一步地，所述阻挡层为绝缘介质构件、半导体构件或由绝缘介质材料和半导体材料构成的多层复合构件。进一步地，所述常关型场效应晶体管还包括设于所述衬底上表面的外延层，所述二维材料层设于所述外延层的上表面上。进一步地，所述外延层为半导体构件。进一步地，所述常关型场效应晶体管还包括设于所述阻挡层上侧的钝化层，所述钝化层分别与所述栅电极和所述源电极连接，且所述钝化层还分别与所述栅电极和所述漏电极连接。本专利技术提供的常关型场效应晶体管的有益效果在于：与现有技术相比，本专利技术常关型场效应晶体管，在栅电极下方设置二维材料断层区，且该断层区向外凸出于栅电极，在使用时，通过栅压调节载流子断层区势垒高度和形状，使得载流子高速通过二维材料断层区，器件开启；器件开启时，二维材料断层区载流子处于高速运动，饱和电流大；器件开启和关断仅需控制二维材料断层区少量电子充放电，开关速度快；器件开启时，二维材料断层区宽度对阈值电压影响大，可实现阈值电压超宽区域可控。本专利技术提供的常关型场效应晶体管，在保证晶体管能够夹断，实现常关的同时，还不牺牲器件本身的迁移率和电子饱和速度，器件性能没有损失。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例一提供的常关型场效应晶体管的结构示意图；图2为本专利技术实施例二提供的常关型场效应晶体管的结构示意图；图3为本专利技术实施例三提供的常关型场效应晶体管的结构示意图。其中，图中各附图标记：1-衬底；2-二维材料层；3-源电极；4-漏电极；5-阻挡层；6-栅电极；7-二维材料断层区；8-外延层；9-钝化层具体实施方式为了使本专利技术所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。请一并参阅图1至图3，现对本专利技术提供的常关型场效应晶体管进行说明。所述常关型场效应晶体管，包括衬底1、设于衬底1上侧的至少两个相互间隔设置的二维材料层2、设于二维材料层2上侧的源电极3、设于二维材料层2上侧且与源电极3间隔设置的漏电极4、设于二维材料层2上侧且位于源电极3和漏电极4之间的阻挡层5及设于阻挡层5上侧的至少一个栅电极6；相邻两个二维材料层2之间形成二维材料断层区7，二维材料断层区7的至少一侧边缘向外凸出于栅电极6在二维材料层2所在平面上的投影区域的侧边缘。二维材料层2主要是在厚度方向上为纳米尺度，在平行于衬底1上表面的方向上为非纳米尺度。需要注意的是，二维材料断层区7的至少一侧边缘向外凸出于栅电极6在二维材料层2所在平面上的投影区域的侧边缘，具体指的是，单个栅电极6在二维材料层2所在平面上的投影区域的两侧边缘不能完全包含单个二维材料断层区7的两侧边缘，单个投影区域的两侧边缘也不能同时与单个二维材料断层区7的两侧边缘重合，二维材料断层区7必须有至少一侧是向外凸出于栅电极6在二维材料层2所在平面上的投影区域的。其中，二维材料断层7区可通过刻蚀、氧化或者等离子体处理等方法制备，以实现栅旁边沟道区载流子断层，器件夹断。其中，图1表示的是基于二维材料常关型场效应晶体管，A-A’箭头所指之间的区域为二维材料断层区7；图2表示的是双栅二维材料常关型场效应晶体管，B-B’箭头所指之间的区域为二维材料断层区7；图3表示的是三栅二维材料常关型场效应晶体管,C-C’箭头所指和D-D’箭头所指之间的区域分别为二维材料断层区7。本专利技术提供的常关型场效应晶体管，与现有技术相比，在栅电极6下方设置二维材料断层区7，且该断层区向外凸出于栅电极6，在使用时，通过栅压调节载流子断层区势垒高度和形状，使得载流子高速通过二维材料断层区，器件开启；器件开启时，二维材料断层区7载流子处于高速运动，饱和电流大；器件开启和关断仅需控制二维材料断层7区少量电子充放电，开关速度快；器件开启时，二维材料断层区7宽度对阈值电压影响大，可实现阈值电压超宽区域可控。本专利技术提供的常关型场效应晶体管，在保证晶体管能够夹断，实现常关的同时，还不牺牲器件本身的迁移率和电子饱和速度，器件性能没有损失。作为本专利技术提供的常关型场效应晶体管的一种具体实施方式，二维材料断层区7的宽度大于等于1nm且小于等于10μm。适当设置二维材料断层区7的宽度，可以有效控制开关速度，以获得更本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.常关型场效应晶体管，其特征在于：包括衬底、设于所述衬底上侧的至少两个相互间隔设置的二维材料层、设于所述二维材料层上侧的源电极、设于所述二维材料层上侧且与所述源电极间隔设置的漏电极、设于所述二维材料层上侧且位于所述源电极和所述漏电极之间的阻挡层及设于所述阻挡层上侧的至少一个栅电极；相邻两个所述二维材料层之间形成二维材料断层区，所述二维材料断层区的至少一侧边缘向外凸出于所述栅电极在所述二维材料层所在平面上的投影区域的侧边缘。

【技术特征摘要】
1.常关型场效应晶体管，其特征在于：包括衬底、设于所述衬底上侧的至少两个相互间隔设置的二维材料层、设于所述二维材料层上侧的源电极、设于所述二维材料层上侧且与所述源电极间隔设置的漏电极、设于所述二维材料层上侧且位于所述源电极和所述漏电极之间的阻挡层及设于所述阻挡层上侧的至少一个栅电极；相邻两个所述二维材料层之间形成二维材料断层区，所述二维材料断层区的至少一侧边缘向外凸出于所述栅电极在所述二维材料层所在平面上的投影区域的侧边缘。2.如权利要求1所述的常关型场效应晶体管，其特征在于：所述二维材料断层区的宽度大于等于1nm且小于等于10μm。3.如权利要求2所述的常关型场效应晶体管，其特征在于：所述二维材料断层区的宽度大于等于10nm且小于等于300nm。4.如权利要求1所述的常关型场效应晶体管，其特征在于：所述栅电极为直栅、T型栅、TT型栅、TTT型栅、V型栅、U型栅或Y型栅中的一种或多种的组合。5.如权利要求1所述的常关...

【专利技术属性】
技术研发人员：王元刚，冯志红，吕元杰，房玉龙，周幸叶，宋旭波，谭鑫，蔚翠，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十三研究所，
类型：发明
国别省市：河北,13