[发明专利]二维MOSFET/MFIS多功能开关存储器件及其制备方法

权利要求书

1.一种二维MOSFET/MFIS多功能开关存储器件，其特征在于，包括：

p型或n型掺杂Si的底栅电极；

二氧化硅栅极介质，设置于所述底栅电极之上；

二维半导体纳米片作为沟道，设置于所述二氧化硅栅极介质上；

绝缘层，边缘与所述二维半导体纳米片对齐并设置于其上；

二维铁电薄膜实现铁电极化存储，其边缘与所述二维半导体纳米片及绝缘层对齐，并设置于所述绝缘层之上；

以及导电金属材料作为源端电极、漏端电极与顶栅电极，所述源端电极与漏端电极设置于所述二维半导体纳米片两端，所述顶栅电极设置于所述二维铁电薄膜之上，控制擦写读取。

2.根据权利要求1所述的二维MOSFET/MFIS多功能开关存储器件，其特征在于，所述MOSFET结构为p型或n型掺杂Si的底栅电极、二氧化硅栅极介质、二维半导体纳米片、源端电极和漏端电极，纳米级厚度的二维半导体纳米片作为沟道的场效应晶体管，实现开关功能。

3.根据权利要求1或2所述的二维MOSFET/MFIS多功能开关存储器件，其特征在于，所述二维半导体纳米片是MoS₂、InSe、WS₂或其它具备半导体特性的二维层状材料，厚度为1-100nm。

4.根据权利要求1所述的二维MOSFET/MFIS多功能开关存储器件，其特征在于，所述MFIS结构为顶栅电极、二维铁电薄膜、绝缘层、二维半导体纳米片、源端电极和漏端电极，实现存储功能。

5.根据权利要求1或4所述的二维MOSFET/MFIS多功能开关存储器件，其特征在于，所述顶栅电极厚度为20-80nm，材料为导电材料，包括导电金属。

6.根据权利要求1或4所述的二维MOSFET/MFIS多功能开关存储器件，其特征在于，所述二维铁电薄膜的材料是具备绝缘特性或铁电特性的二维层状材料，包括In₂Se₃、碲化硒或CuInP₂S₆，厚度为1-50nm。

7.根据权利要求1或4所述的二维MOSFET/MFIS多功能开关存储器件，其特征在于，所述绝缘层的材料是具备绝缘特性的二维层状材料，包括立方氮化硼材料，厚度为1-100nm。

8.根据权利要求1或4中任一所述的二维MOSFET/MFIS多功能开关存储器件，其特征在于，所述二维半导体纳米片的生长范围在300-1200℃之间，气流为10-200sccm，生长的纳米片厚度为1-100nm。

9.根据权利要求1所述的二维MOSFET/MFIS多功能开关存储器件，其特征在于，所述源端电极、漏端电极和顶栅电极的电极材料包括以下材料中至少一种：Au、Pt、Al、Ti、Ni、Ag和In，或为具有导电特性的电极，包括：石墨烯或ITO，厚度为20-80nm。

10.一种二维MOSFET/MFIS多功能开关存储器件的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将单晶n型或p型掺杂硅片经过高温氧化形成Si/SiO₂衬底，SiO₂作为MOSFET的栅极介质，将衬底分别置入丙酮和异丙醇中超声清洗，之后置入浓硫酸和双氧水中清洗；

步骤2：在Si/SiO₂衬底上通过化学气相沉积生长二维半导体纳米片；

步骤3：光刻或电子束曝光在二维半导体纳米片制作源端电极和漏端电极；

步骤4：使用具备粘性的胶带将绝缘层材料和二维铁电薄膜机械剥离至1-100nm；

步骤5：使用聚二甲基硅氧烷片依次分别在干法转移操作台上覆盖绝缘层材料和二维铁电薄膜层至生长的二维半导体纳米片上；

步骤6：光刻或电子束曝光制作MFIS结构的顶栅电极。