结型场效应晶体管及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种结型场效应晶体管及其制备方法。所述的结型场效应晶体管包括衬底、N型二硫化钨薄膜、P型InGeTe3薄膜、源电极、漏电极和顶栅电极，N型二硫化钨薄膜设于衬底的表面，源电极与漏电极设于N型二硫化钨薄膜表面的两端，P型InGeTe3薄膜设于N型二硫化钨薄膜表面且位于源电极与漏电极之间，顶栅电极设于P型InGeTe3薄膜的表面且位于源电极与漏电极之间。本发明专利技术将WS2和InGeTe3应用于JFET中，通过调控P型InGeTe3薄膜的电压来实现N型二硫化钨薄膜中耗尽区的宽度，实现沟道电导的调节，确保抑制界面缺陷的产生，减少界面态对载流子输运的影响，并借助JFET没有复杂介电工程的优势，降低器件的亚阈值摆幅，提高开关比和电流密度。密度。密度。

【技术实现步骤摘要】
结型场效应晶体管及其制备方法


[0001]本专利技术属于半导体
，涉及一种结型场效应晶体管及其制备方法，尤其涉及一种基于InGeTe3和二硫化钨的结型场效应晶体管及其制备方法。

技术介绍

[0002]以WS2和MoS2为代表的二维过渡金属硫化物(TMDCs)由于具有原子级的厚度、可调节的带隙、无表面悬挂键，优越的机械性能，被认为是极具潜力的半导体材料，在光电、微电子、可穿戴柔性器件、军事信息等领域有广阔的应用前景。而InGeTe3作为一种新型的、具有层状结构的三元材料由于其优异的物理化学性质，成为低维材料研究领域的一颗新星。在理论预测上，InGeTe3材料从块体到单层均是直接半导体，且单层InGeTe3直接带隙约为1.41eV，可见光吸收强，具有很高的电子载流子迁移率，可达3
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，在太阳能电池、光电探测器、场效应晶体管等应用领域具有广阔的前景(J.Mater.Chem.A,2017,5(36):19406-19415)。
[0003]近年来，随着硅基半导体工艺不断推进，晶体管尺寸已经接近物理极限，半导体器件面对着短沟道效应、漏栅极漏电流增大、功耗增大的挑战。金属-氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)由于具有高阻抗、高工作效率、热稳定性好等的优势，被广泛应用于电子领域中。但是实际上，MOSFET氧化物电介质的质量严重限制了其电学性能和稳定性。相反，结场效应晶体管(JFET)通过改变具有反向偏置的p-n结的半导体沟道中的耗尽区来工作，因此不存在电介质或涉及相关的问题。同时，JFET具有器件尺寸小、低频噪声小和输入阻抗高等优点，在集成电路、光电探测器等领域具有广阔的应用前景。而在JFET中，由于栅极到沟道的电容远大于源极到沟道的电容，在没有复杂介电工程的情况下，JFET的亚阈值摆幅(SS)可以接近于60mV dec-1
的理想值，这也使得JFET在低功耗器件应用上的表现优于MOSFET。
[0004]目前已有文献报道将二维材料异质结制成JFET，应用于光电和低功耗器件的领域(Adv.Mater.,2019,1902962；ACS Appl.Mater.Interfaces,2018,10,29724-29729；Nano Lett.,2016,16,1293-1298)。延世大学的Pyo Jin Jeon利用黑磷(BP)与ZnO材料构建异质结，制备得到的JFET虽然实现了逻辑电路的逆变器功能，但其开关电流比只有约104，亚阈值摆幅平均大于300mV/dec，且稳定性一般(Nano Lett.,2016,16,1293-1298)。而同样在韩国延世大学的June Yeong Lim课题组等人，基于两种TMDCs材料(MoTe2和MoS2)构建JFET，虽然得到的器件迁移率较高，且亚阈值摆幅降低至204mV/dec，但是器件表现出来的最大开关电流比也仅有5
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104(NPJ 2D Mater.and Appl.,2018,2,37)。在现有的这些工作中，研究人员都是将一些较为传统的TMDC材料与金属氧化物半导体材料制成异质结，进一步构建JFET器件，缺少了在材料选择上的探索创新，且器件的性能表现一般。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种基于InGeTe3和二硫化钨的结型场效应晶体管及其制备方法。本专利技术首次将无表面悬挂键的二维三元半导体材料InGeTe3薄膜与二维WS2薄膜结
合，构建p-n结，将InGeTe3/WS2异质结加工为高性能的JFET，提高载流子迁移率，降低器件的亚阈值摆幅，改善器件的性能。
[0006]实现本专利技术目的的技术方案如下：
[0007]结型场效应晶体管，包括：衬底、N型二硫化钨薄膜、P型InGeTe3薄膜、源电极、漏电极和顶栅电极。
[0008]上述结型场效应晶体管中，所述的N型二硫化钨薄膜设于衬底的表面，源电极与漏电极设于N型二硫化钨薄膜表面的两端，所述的P型InGeTe3薄膜设于N型二硫化钨薄膜表面，且所述的P型InGeTe3薄膜位于源电极与漏电极之间；顶栅电极设于P型InGeTe3薄膜的表面，且顶栅电极位于源电极与漏电极之间。
[0009]本专利技术中，所述的衬底为本领域常规使用的绝缘衬底，包括但不限于SiO2、Al2O3、BN、SiNx、AlN衬底，或者基底材料上沉积SiO2、Al2O3、BN、SiNx、AlN作为衬底。所述的基底材料为本领域常规使用的材料，包括但不限于Si或塑料(PET)。
[0010]进一步的，所述的N型二硫化钨薄膜，其厚度为1nm～200nm，更优选为1nm～50nm。
[0011]进一步的，所述的P型InGeTe3薄膜，其厚度为1nm～200nm，更优选为50nm～100nm。
[0012]进一步的，所述的源电极、所述的漏电极和所述的顶栅电极为本领域常规使用的源电极、漏电极和顶栅电极，为Cr、Ti、Ni、Au、Pd、Pt、Ag中的一种或者多种的组合，其厚度为40nm～100nm。
[0013]本专利技术还提供上述结型场效应晶体管的制备方法，包括下述步骤：
[0014]步骤(1)，在衬底上制备N型二硫化钨薄膜；
[0015]步骤(2)，在PDMS上，制备InGeTe3薄膜；
[0016]步骤(3)，将步骤(2)制备的InGeTe3薄膜转移到步骤(1)制备的N型二硫化钨薄膜上；
[0017]步骤(4)，在步骤(3)制得的带有InGeTe3薄膜和二硫化钨薄膜的衬底上制备源电极图形、漏电极图形和顶栅电极图形，并对源电极图形、漏电极图形和顶栅电极图形进行金属沉积后得到源电极、漏电极和顶栅电极。
[0018]具体的，步骤(1)中，采用机械剥离的方法在衬底上制备N型二硫化钨薄膜。
[0019]具体的，步骤(2)中，在PDMS上制备InGeTe3薄膜的方法为：在载玻片的上表面贴附表面平滑的PDMS膜，并准备好通过机械剥离获得的带有InGeTe3样品的胶带，将胶带紧密粘附在PDMS膜上使InGeTe3样品接触PDMS膜，取下胶带，InGeTe3薄膜即附着在PDMS膜上。
[0020]具体的，步骤(3)中，将InGeTe3薄膜转移到二硫化钨薄膜方法为：旋转载玻片，使载有InGeTe3薄膜的PDMS膜朝向下，并将载玻片安装在三维位移平台上；通过显微镜观察，将InGeTe3薄膜对准将要转移的目标，通过三维位移平台将PDMS膜逐渐靠近并使InGeTe3薄膜接触二硫化钨薄膜，同时对衬底加热并逐渐升起载玻片，使InGeTe3薄膜与PDMS膜分离，InGeTe3薄膜压在二硫化钨薄膜上。
[0021]具体的，步骤(4)中，采用光刻技术、电子束曝光技术或激光直写技术的方法制备源电极图形、漏电极图形和顶栅电极图形。
[0022]具体的，步骤(4)中，采用电子束蒸镀技术、热蒸镀技术、磁控溅射技术或脉冲激光沉积技术的方法进行金属沉积得到源电极、漏电极和顶栅电极。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.结型场效应晶体管，其特征在于，包括：衬底、N型二硫化钨薄膜、P型InGeTe3薄膜、源电极、漏电极和顶栅电极。2.根据权利要求1所述的结型场效应晶体管中，其特征在于，所述的N型二硫化钨薄膜设于衬底的表面，源电极与漏电极设于N型二硫化钨薄膜表面的两端，所述的P型InGeTe3薄膜设于N型二硫化钨薄膜表面，且所述的P型InGeTe3薄膜位于源电极与漏电极之间；顶栅电极设于P型InGeTe3薄膜的表面，且顶栅电极位于源电极与漏电极之间。3.根据权利要求1所述的结型场效应晶体管中，其特征在于，所述的衬底为SiO2、Al2O3、BN、SiNx或AlN衬底，或者基底材料上沉积SiO2、Al2O3、BN、SiNx、AlN作为衬底。4.根据权利要求1所述的结型场效应晶体管中，其特征在于，所述的N型二硫化钨薄膜，其厚度为1nm～200nm，更优选为1nm～50nm；所述的P型InGeTe3薄膜，其厚度为1nm～200nm，更优选为50nm～100nm。5.根据权利要求1所述的结型场效应晶体管中，其特征在于，所述的源电极、所述的漏电极和所述的顶栅电极为Cr、Ti、Ni、Au、Pd、Pt、Ag中的一种或者多种的组合，其厚度为40nm～100nm。6.根据权利要求1至5任一所述的结型场效应晶体管的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：步骤(1)，在衬底上制备N型二硫化钨薄膜；步骤(2)，在PDMS上，制备InGeTe3薄膜；步骤(3)，将步骤(2)制备的InGeTe3薄膜转移到步骤(1)制备的N型二硫化钨薄膜上；步骤(4)...

【专利技术属性】
技术研发人员：张胜利，周戬，程子超，高洁，宋秀峰，陈翔，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：