[发明专利]基于二维薄膜的超陡亚阈值摆幅场效应晶体管及制备方法

说明书

本发明实施例提供了一种基于二维薄膜的超陡亚阈值摆幅场效应晶体管，包括：衬底、第一电极、第二电极、阻变层、二维薄膜、背栅控制信号装置及源漏信号输入装置。本发明实施例还提供了一种基于二维薄膜的超陡亚阈值摆幅场效应晶体管的制备方法，用来制备所述基于二维薄膜的超陡亚阈值摆幅场效应晶体管。本发明可以实现场效应晶体管的超陡亚阈值摆幅效果。

技术领域

本发明实施例涉及场效应晶体管逻辑器件领域，尤其涉及一种基于二维薄膜的超陡亚阈值摆幅场效应晶体管及制备方法。

背景技术

随着摩尔定律的发展，集成电路的尺寸越来越小，性能逐渐提升，然而随着尺寸的缩小，系统的静态功耗凸显并已成为目前亟待克服的问题。由于硅基晶体管基于热载流子发射原理限制，存在亚阈值摆幅60mV/dec的理论极限，但新型超陡亚阈值摆幅器件能够使晶体管在极低电压下工作，因此受到了广泛关注，目前的超陡亚阈值摆幅器件主要分为三类：隧穿晶体管，负电容晶体管，纳电动继电器。

隧穿晶体管主要利用在衬底上相反掺杂的半导体材料以完成更低的亚阈值摆幅。隧穿晶体管的工作原理主要是通过控制栅极电压，以完成本征区能带的变化，进而控制因量子隧道效应而产生的电流而获得低的亚阈值摆幅。

负电容晶体管主要在栅极上利用铁电材料以完成更低的亚阈值摆幅。负电容晶体管的工作原理主要是利用铁电材料的负电容特性，以完成对于栅极电压的放大作用，以实现低的亚阈值摆幅。

纳电动继电器主要是利用横向致动的继电器以完成更低的亚阈值摆幅。纳电动继电器的工作原理主要是利用悬梁和漏极之间的静电力，以完成器件的抬起与合上，以实现低的亚阈值摆幅。

然而对于隧穿晶体管，负电容晶体管以及纳电动继电器而言：隧穿晶体管的低的开态电流限制了对电路的驱动能力；负电容晶体管的磁滞窗口；以及纳电动继电器的空气间隙降低了与主流工艺的兼容性，这些问题都极大限度的制约了场效应晶体管亚阈值摆幅的下限。因此，如何找到一种能够突破现有亚阈值摆幅极限的场效应晶体管，就成为业界亟待解决的问题。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明实施例提供了一种基于二维薄膜的超陡亚阈值摆幅场效应晶体管及制备方法。

一方面，本发明实施例提供了一种基于二维薄膜的超陡亚阈值摆幅场效应晶体管，包括：衬底、第一电极、第二电极、阻变层、二维薄膜、背栅控制信号装置及源漏信号输入装置；

所述衬底，一端连接所述背栅控制信号装置，另一端连接所述二维薄膜，用于为所述第一电极、第二电极及阻变层提供支撑保护作用；所述第一电极，一端与所述二维薄膜连接，另一端与所述背栅控制信号装置及源漏信号输入装置连接，用于导电以完成电流输送；所述第二电极，一端与所述阻变层连接，另一端与所述源漏信号输入装置连接，用于导电以完成电流输送；所述阻变层，一端与所述二维薄膜连接，另一端与所述第二电极连接，用于形成导电细丝以完成阻抗的变化；所述二维薄膜，一端与所述衬底连接，另一端与所述阻变层连接，由于其较低的载流子浓度，电场能够穿透二维薄膜进而调控金属氧化物的通断行为；所述背栅控制信号装置，一端与所述源漏信号输入装置及第一电极连接，另一端与所述衬底连接，用于控制基于二维薄膜的超陡亚阈值摆幅场效应晶体管的通断；所述源漏信号输入装置，一端与所述第二电极连接，另一端与所述第一电极及背栅控制信号装置连接，用于控制亚阈值摆幅及基于二维薄膜的超陡亚阈值摆幅场效应晶体管的阈值电压。

另一方面，本发明实施例提供了一种基于二维薄膜的超陡亚阈值摆幅场效应晶体管的制备方法。包括：制作衬底，所述衬底包括导电层和绝缘层；采用掩膜版图形化的方式或采用机械剥离和干法转移的方式并图形化；采用相应的制作工艺，确定第一电极的位置及面积，同时确定第二电极的位置及面积；在氧气氛围中经过自然氧化形成阻变层。

本发明实施例提供了一种基于二维薄膜的超陡亚阈值摆幅场效应晶体管及制备方法，通过在场效应晶体管中引入二维薄膜及阻变层，可以实现场效应晶体管的超陡亚阈值摆幅效果。

附图说明