一种基于二维范德华异质结构的单分子场效应晶体管及其制备方法技术

一种基于二维范德华异质结构的单分子场效应晶体管及其制备方法,属于新材料以及分子场效应晶体管领域。由导电二维材料栅电极层、绝缘二维材料介质层、基于石墨烯点电极的单分子异质结以及保护层构成，制备方法包括1)二维叠层组装；2)作为器件各组成部分的二维材料具有原子级可控平整度和厚度；3)范德华异质结构的稳定性；4)与石墨烯基单分子异质结的结合。本发明专利技术通过不同二维材料的范德华堆叠组装，形成范德华异质结构。使得器件的介质层和栅极达到原子级平整并且原子层可控，实现单分子场效应晶体器件的精准控制制备，而使用六方氮化硼或氮化镓作为保护层对器件进行封装，大大减小了外界环境对器件的干扰，提高了器件的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于二维范德华异质结构的单分子场效应晶体管及其制备方法
本专利技术属于新材料以及分子场效应晶体管领域，特别涉及一种以二维材料为栅极、介质层、源漏电极和保护层的范德华异质结构单分子场效应晶体管。
技术介绍
晶体管是传统半导体工业中电子电路的核心，是当代数字革命的基石。自1947年第一个关于晶体管的模型提出以来，科研工作者们发展出了多种形式的晶体管，其基本原理为：通过在栅极施加适当的电压，由于介电层的电容作用可以改变绝缘层和半导体层界面处的载流子浓度，从而可以调控源漏电极之间的电流。因而，一方面，可以实现开关的逻辑功能；另一方面，由于输出功率高于输入功率，晶体管有放大器的功能。而随着信息时代的快速发展，电子元器件的微型化、集成化的要求日益显著，急需分子原子级别的晶体管来解决这一问题，单分子电子学因此兴起。区别于传统的场效应晶体管，单分子场效应晶体管具备分子级尺寸，在单分子异质结中施加栅压可以调控分子的能级位置，从而改变分子能级与石墨烯电极费米能级的相对位置，一方面可以调控分子的导电特性，另一方面可以得到分子的振动模式、激发态以及和振动相本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于二维范德华异质结构的单分子场效应晶体管，其特征是：由导电二维材料栅电极层(6)、绝缘二维材料介质层(3)、基于石墨烯点电极的单分子异质结(2)以及保护层(4)构成。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于二维范德华异质结构的单分子场效应晶体管，其特征是：由导电二维材料栅电极层(6)、绝缘二维材料介质层(3)、基于石墨烯点电极的单分子异质结(2)以及保护层(4)构成。


2.根据权利要求1所述的基于二维范德华异质结构的单分子场效应晶体管，其特征是：导电二维材料栅电极层(6)用石墨烯、硅烯、1T-TiS2、1T-MoS2、1T-VSe2或1T-WTe2作为底栅电极；
绝缘二维材料介质层(3)用h-BN、Bi2SeO5、Ga2N3或SrTiO3作为介质层；
保护层(4)用h-BN或Ga2N3作为保护层。


3.根据权利要求1所述的基于二维范德华异质结构的单分子场效应晶体管，其特征是：导电二维材料栅电极层厚度为1-100nm；
绝缘二维材料介质层中，h-BN厚度为0.7-20nm，Bi2SeO5厚度为1-20nm，Ga2N3厚度为0.5-20nm，SrTiO3厚度为0.5-20nm；
保护层厚度为0.7-20nm。


4.根据权利要求1所述的基于二维范德华异质结构的单分子场效应晶体管，其特征是：所述单分子异质结与所述石墨烯点电极之间通过酰胺键连接。


5.根据权利要求1所述的基于二维范德华异质结构的单分子场效应晶体管，其特征是：单分子异质结选用两侧末端有氨基修饰的三联苯、六联苯或吡咯并吡咯二酮(DPP)分子。


6.根据权利要求1所述的基于二维范德华异质结构的单分子场效应晶体管，其特征是：单分子异质结采用自组装的方式。


7.权利要求1-6任一项所述的基于二维范德华异质结构的单分子场效应晶体管的制备方法，其特征是：采用范德华组装工艺，其中材料与材料之间以范德华作用力方式接触，包括以下步骤：1)二维叠层组装；2)作为器件各组成部分的二维材料具有原子级可控平整度和厚度；3)范德华异质结构的稳定性；4)与石墨烯基单分子异质结的结合。


8.根据权利要求7所述的基于二维范德华异质结构的单分子场效应晶体管的制备方法，其特征是：步骤1)中的二维叠层组装采用原子级平整的硅片、云母或者蓝宝石作为衬底。


9.根据权利要求7或8所述的基于二维范德华异质结构的单分子场效应晶体管的制备方法，其特征是：叠层器件制备采用干法转移工艺，采...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭雪峰，李佩慧，贾传成，常新月，
申请(专利权)人：南开大学，
类型：发明
国别省市：天津;12