一种晶体管及其制造方法技术

本发明专利技术提供了一种晶体管，包括衬底，堆叠于所述衬底上的二维半导体层，设置于所述二维半导体层两侧的源电极和漏电极，堆叠于所述二维半导体层上的栅控介质层，堆叠于所述栅控介质层上石墨炔层，位于所述石墨炔层上方的栅电极，填充于所述栅电极与所述石墨炔层之间的电解质层。石墨炔层能够在栅控脉冲撤去后，阻止锂离子的自发扩散回电解液，提高了数据保持能力与栅控能力。栅控介质层能阻止二硒化钨和石墨炔之间的电荷流动，增强电荷保持能力，从而增强存储可靠性，同时降低漏电流，减小功耗。本发明专利技术还提供了一种上述晶体管的制造方法。发明专利技术还提供了一种上述晶体管的制造方法。发明专利技术还提供了一种上述晶体管的制造方法。

【技术实现步骤摘要】
一种晶体管及其制造方法


[0001]本专利技术涉及半导体领域，尤其涉及一种晶体管及其制造方法。

技术介绍

[0002]大数据时代的到来，大量无条理的数据包括图片、声音、视频以及文字需要被有效处理，而对于处理与存储单元分离的传统冯诺依曼架构计算机，这将是一大挑战。受人类大脑的启发，神经形态计算能够以节能行为并行处理这些无条理的信息。多种人工突触被提出用于构建神经形态计算的人工神经网络硬件集成，比如二端忆阻器、多端神经形态晶体管等。特别的，由于具有卓越的模拟翻转性能，电解液栅控晶体管成为用作神经形态计算的有力候选者。已报道的该类晶体管根据机理可分为三类：双电层电解液栅控效应型晶体管、电化学掺杂型电解液栅控晶体管与电化学还原型电解液栅控晶体管。但这些晶体管常因器件架构与工作原理而承受一些致命缺点，如双电层电解液栅控效应型晶体管数据保持性能差、可靠性不高。
[0003]公开号为CN112820780A中国专利公开了一种晶体管，包括导电沟道和位于所述导电沟道上的石墨炔层，石墨炔层上覆盖有电解质，此种晶体管稳定性不高且功耗大。
[0004]因此，有必要开发一种新型晶体管及其制造方法，以避免现有技术中存在的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种晶体管及其制造方法，其具有强数据保持性能、高可靠性和低功耗。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供的一种晶体管包括：衬底，堆叠于所述衬底上的二维半导体层，设置于所述二维半导体层两侧的源电极和漏电极，堆叠于所述二维半导体层上的栅控介质层，堆叠于所述栅控介质层上石墨炔层，位于所述石墨炔层上方的栅电极，填充于所述栅电极与所述石墨炔层之间的电解质层。
[0007]本专利技术的所述一种晶体管的有益效果在于：所述二维半导体层、所述栅控介质层和所述石墨炔层形成垂直异质结；所述二维半导体层作为导电沟道；所述石墨炔层能够在栅控脉冲撤去后，阻止锂离子的自发扩散回电解液，提高了数据保持能力与栅控能力；所述栅控介质层能阻止二硒化钨和石墨炔之间的电荷流动，增强电荷保持能力，从而增强存储可靠性，同时降低漏电流，减小功耗。
[0008]可选的，所述二维半导体层材料包括二硒化钨、二硫化钼、二硫化铪中的一种或多种。
[0009]可选的，所述栅控介质层材料包括氮化硼、铜铟磷硫中的一种或多种。
[0010]可选的，所述晶体管还包括设置于所述电解质层与所述源电极和所述漏电极之间的保护层，使电解质层仅与所述栅电极和所述石墨炔层相接触。
[0011]可选的，所述所述保护层为聚甲基丙烯酸甲酯。其有益效果在于，防止源漏电压干扰电解质层中的离子迁移。
[0012]可选的，所述二维半导体层、所述栅控介质层和所述石墨炔层的两侧与所述源电极和所述漏电极接触。
[0013]可选的，所述二维半导体层的部分上表面和两侧与所述源电极和所述漏电极接触。
[0014]本专利技术还提供了一种上述晶体管的制造方法，包括如下步骤：提供衬底；在衬底上制备二维半导体层；在所述二维半导体层的两侧制备源电极和漏电极；在所述二维半导体层上制备栅控介质层；在所述栅控介质层上制备石墨炔层；在所述石墨炔层上覆盖一层保护层；在所述保护层上方制备栅电极；在保护层上制备反应窗口；在所述石墨炔层与所述栅电极之间的反应窗口中填充电解质层。
[0015]本专利技术的所述一种晶体管的制造方法的有益效果在于：实现制造带有石墨炔层和栅控介质层的晶体管。
[0016]可选的，制备所述石墨炔层时使用六己三甲基硅基乙炔苯单体溶液，所述六己三甲基硅基乙炔苯单体溶液浓度为1～20μM。
[0017]可选的，所述源电极、漏电极和所述栅电极材料为金、铬、银或铂中的一种或多种。
附图说明
[0018]图1为本专利技术实施例晶体管的剖面结构示意图；
[0019]图2为本专利技术实施例晶体管的制造方法提供衬底步骤的剖面结构示意图；
[0020]图3为图2所示的本专利技术实施例晶体管的制造方法在衬底上制备二维半导体层步骤的剖面结构示意图；
[0021]图4为图3所示的本专利技术实施例晶体管的制造方法在二维半导体层两侧制备源电极和漏电极步骤的剖面结构示意图；
[0022]图5为图4所示的本专利技术实施例晶体管的制造方法在二维半导体层上制备栅控介质层步骤的剖面结构示意图；
[0023]图6为图5所示的本专利技术实施例晶体管的制造方法在栅控介质层上制备石墨炔层步骤的剖面结构示意图；
[0024]图7为图6所示的本专利技术实施例晶体管的制造方法在石墨炔层上覆盖保护层步骤的剖面结构示意图；
[0025]图8为图7所示的本专利技术实施例晶体管的制造方法在保护层上方制备栅电极步骤的剖面结构示意图；
[0026]图9为图8所示的本专利技术实施例晶体管的制造方法在保护层上制备反应窗口步骤的剖面结构示意图；
[0027]图10为图9所示的本专利技术实施例晶体管的制造方法在石墨炔层与栅电极之间的反应窗口中填充电解质层步骤的剖面结构示意图。
具体实施方式
[0028]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提
下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。除非另外定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本专利技术所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本文中使用的“包括”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。
[0029]为解决现有技术存在的问题，本专利技术实施例提供了一种晶体管。
[0030]图1为本专利技术实施例晶体管的剖面结构示意图。
[0031]本专利技术一些实施例中，参照图1，所述一种晶体管包括衬底；二维半导体层1003，所述二维半导体层1003堆叠于所述衬底上；源电极1004和漏电极1005，所述源电极1004和所述漏电极1005设置于所述二维半导体层1003两侧；栅控介质层1006，所述栅控介质层1006堆叠于所述二维半导体层1003上；石墨炔层1012，所述石墨炔层1012堆叠于所述栅控介质层1006上；栅电极1009，所述栅电极1009位于所述石墨炔层1012上方；电解质层1010，所述电解质层1010填充于所述栅电极1009与所述石墨炔层1012之间，使电解质层1010同时与所述栅电极1009和所述石墨炔层1012接触。
[0032]具体的，参照图1，所述衬底材料为表面带有二氧化硅氧化层1002的单晶硅1001，所述衬底、所述二维半导体层1003、所述栅控介质层1006和所述石墨炔层1012自下而上依次堆叠，具有离子导电性的所述电解质层1010填充于所述栅电极1009与所述石墨炔层1012之间，所述二维半导体层1003为所述源电极1004和所述漏电极1005之间的导电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种晶体管，其特征在于，包括：衬底；二维半导体层，所述二维半导体层堆叠于所述衬底上；源电极和漏电极，所述源电极和所述漏电极设置于所述二维半导体层两侧；栅控介质层，所述栅控介质层堆叠于所述二维半导体层上；石墨炔层，所述石墨炔层堆叠于所述栅控介质层上；栅电极，所述栅电极位于所述石墨炔层上方；电解质层，所述电解质层填充于所述栅电极与所述石墨炔层之间。2.根据权利要求1所述的晶体管，其特征在于，所述二维半导体层材料包括二硒化钨、二硫化钼、二硫化铪中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的晶体管，其特征在于，所述栅控介质层材料包括氮化硼、铜铟磷硫中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的晶体管，其特征在于，还包括设置于所述电解质层与所述源电极和所述漏电极之间的保护层，使电解质层仅与所述栅电极和所述石墨炔层相接触。5.根据权利要求4所述的晶体管的制造方法，其特征在于，所述保护层为聚甲基丙烯酸甲酯。6.根据权利要求1所述的晶体管，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：周鹏，张卫，朱宝，尹睿，奚晶晶，
申请(专利权)人：上海集成电路制造创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：