一种二硫化铼-碲异质结结型场效应晶体管及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种二硫化铼

【技术实现步骤摘要】
一种二硫化铼
‑
碲异质结结型场效应晶体管及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及半导体
，尤其涉及一种二硫化铼
‑
碲异质结结型场效应晶体管及其制备方法和应用
。

技术介绍

[0002]二维过渡金属硫族化合物
(TMDs)
以其优异的物理化学特性受到了广泛的关注，其合适的带隙和优异的光电特性成为国内外的研究热点
。ReS2作为
TMDs
的一种，较其他材料具有更突出的结构和性能特质，由于其不随层数变化的直接带隙电子结构和高迁移率，
ReS2对制备优异性能的场效应晶体管具有重要意义
。
而硫族元素二维碲纳米片，因其独特的螺旋链结构实现了高载流子迁移率和强面内各向异性，成为了高性能场效应晶体管制备的潜在材料
。
[0003]JFET
的工艺特点在于其简单与无复杂的介电工程需求，使其可适用于广泛的应用
。
此外，与
MOSFET
相比较，
JFET
同样可以达到
60mV/dec
的理想亚阈值摆幅，并且在低功耗领域性能较
MOSFET
更优越
。
当前对二维半导体材料
JFET
工作虽有报道，但是其结构较为单一
。
本专利技术将
p
型场效应管和
n
型场效应管集成于同一结构中，形成多功能器件，这种集成可以促进更全面
、
更高效的器件设计，在低功耗多功能器件领域的探索发展具有巨大的潜在应用
。

技术实现思路

[0004]针对当前现有将
p
型场效应管和
n
型场效应管集成于同一结构的多功能结型场效应晶体管器件稀缺的不足，本专利技术的首要目的是提供一种二硫化铼
‑
碲异质结结型场效应晶体管及其制备方法，该器件通过
p
型
Te
纳米片与
n
型
ReS2薄层部分重叠形成异质结，
Te
纳米片的两端分别设置第一电极和第二电极，
ReS2薄层的两端分别设置第三电极和第四电极，第一电极和第二电极分别作为源极和漏极时，第三电极或第四电极作为栅极；第三电极和第四电极分别作为源极和漏极时，第一电极或第二电极作为栅极
。
该结构的设置使得同一结构中集成了
p
型
JFET
和
n
型
JFET
，使得通过不同电极的选择实现了
p
型
JFET
和
n
型
JFET
的切换，实现了低功耗，高迁移率，节约成本的多功能器件的制备
。
[0005]本专利技术一方面提供一种二硫化铼
‑
碲异质结结型场效应晶体管的制备方法，包括以下步骤：
[0006]通过机械剥离法，在清洗后的
SiO2/Si
衬底上获得
ReS2层；
[0007]通过水热合成法，获得含有厚度在
50nm
～
100nm
范围的
p
型
Te
纳米片的溶液，将该溶液旋涂于
SiO2/Si
衬底上，随后将该衬底置于有机溶剂中浸泡一定时间进行氧化减薄，获得减薄后的
p
型
Te
纳米片；
[0008]利用干法转移工艺，选取目标
ReS2薄层转移至所述
Te
纳米片上，使
ReS2薄层与
Te
纳米片部分重叠，形成
ReS2/Te
异质结；
[0009]在
Te
纳米片的两端制备第一和第二电极，在
ReS2薄层的两端制备第三和第四电极，得到基于二硫化铼
/
碲结型场效应晶体管
。
[0010]进一步地，所述水热合成法中，将亚碲酸钠和聚乙烯吡咯烷酮以
52.4
：1的摩尔比溶于一定体积的去离子水中，并滴入
4ml
的氨水和
2ml
的水合肼混合得到单质碲前驱体，将该前驱体置于反应釜内衬中，在
180℃
温度条件下反应
24
小时获得含有厚度在
50nm
～
100nm
范围的
Te
纳米片的溶液
。
[0011]进一步地，所述旋涂中，先以低速
500rpm
旋涂
15s
，随后以高速
2000rpm
旋涂
15s。
[0012]进一步地，所述减薄方法中，所述有机溶剂选用无水乙醇或丙酮，所述浸泡的时间为2～
10
天，减薄后
Te
纳米片的厚度为1～
20nm。
[0013]进一步地，所述干法转移工艺中，选取目标
ReS2薄层，在转移平台上用
PVA/PDMS
将
ReS2薄层转移至
Te
纳米片上，在
90
～
110℃
温度条件下加热后分离
PDMS
和
PVA
，随后用
60℃
的二甲基亚砜分离
PVA
和
SiO2/Si
衬底，并用去离子水清洗该衬底后用氮气枪吹干，制得
ReS2/Te
异质结
。
[0014]本专利技术另一方面提供一种二硫化铼
‑
碲异质结结型场效应晶体管，包括衬底，设置于衬底上的
p
型碲纳米片，位于
p
型碲纳米片上
、
与
p
型碲纳米片呈交叉设置的
n
型二硫化铼薄层，第一电极和第二电极分别设置于
p
型碲纳米片的两端，第三电极和第四电极分别设置于
n
型二硫化铼薄层的两端；
[0015]所述第一电极和所述第二电极分别作为源极和漏极时，第三电极或第四电极作为栅极；或者所述第三电极和所述第四电极分别作为源极和漏极时，第一电极或第二电极作为栅极
。
[0016]进一步地，所述
p
型碲纳米片的厚度为1～
20nm
，所述
n
型二硫化铼薄层的厚度为
10
～
50nm。
[0017]进一步地，所述衬底选用
SiO2/Si
衬底，所述衬底作为底栅
。
[0018]进一步地，所述第一电极
、
第二电极
、
第三电极和第四电极均选用
Au
电极
。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种二硫化铼
‑
碲异质结结型场效应晶体管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：通过机械剥离法，在清洗后的
SiO2/Si
衬底上获得
ReS2层；通过水热合成法，获得含有厚度在
50nm
～
100nm
范围的
p
型
Te
纳米片的溶液，将该溶液旋涂于
SiO2/Si
衬底上，随后将该衬底置于有机溶剂中浸泡一定时间进行氧化减薄，获得减薄后的
p
型
Te
纳米片；利用干法转移工艺，选取目标
ReS2薄层转移至所述
Te
纳米片上，使
ReS2薄层与
Te
纳米片部分重叠，形成
ReS2/Te
异质结；在
Te
纳米片的两端制备第一和第二电极，在
ReS2薄层的两端制备第三和第四电极，得到基于二硫化铼
/
碲结型场效应晶体管
。2.
根据权利要求1的所述制备方法，其特征在于，所述水热合成法中，将亚碲酸钠和聚乙烯吡咯烷酮以
52.4
：1的摩尔比溶于一定体积的去离子水中，并滴入
4ml
的氨水和
2ml
的水合肼混合得到单质碲前驱体，将该前驱体置于反应釜内衬中，在
180℃
温度条件下反应
24
小时获得含有厚度在
50nm
～
100nm
范围的
Te
纳米片的溶液
。3.
根据权利要求1或2的所述制备方法，其特征在于，所述旋涂中，先以低速
500rpm
旋涂
15s
，随后以高速
2000rpm
旋涂
15s。4.
根据权利要求3的所述制备方法，其特征在于，所述减薄方法中，所述有机溶剂选用无水乙醇或丙酮，所述浸泡的时间为2～
10
天，减薄后
Te
纳米片的厚度为1～
20nm。5.
根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙一鸣，朱玲玉，陈薪好，黎飞，赵一铭，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：