[发明专利]一种输入电压可调谐的二维逻辑反相器及制备方法

说明书

本发明提供一种输入电压可调谐的二维逻辑反相器及制备方法，涉及半导体电子技术领域，能够利用石墨炔在正向栅压电场作用下对二维二硒化钨中的电荷俘获作用使二维二硒化钨的阈值电压发生偏移，在电荷转移特征交点前后产生较大的阻态差别，从而构建出反相器；该反相器通过在正向栅压电场作用下使石墨炔薄膜对二维二硒化钨呈现出电荷俘获作用，从而使得电荷俘获区域二维二硒化钨的阈值电压相对于非电荷俘获区域二维二硒化钨的阈值电压发生偏移，实现二维逻辑反相器功能；通过调整正向栅压电场的大小实现所述反相器额定输入电压范围可调。本发明提供的技术方案适用于反相器设计和制备的过程中。

技术领域

本发明涉及半导体电子技术领域，尤其涉及一种输入电压可调谐的二维逻辑反相器及制备方法。

背景技术

二维材料由于其具有超薄的厚度、表面无悬挂键、易于范德华集成等独特优势成为晶体管技术10nm技术节点时代的有力候选者，备受学界关注。二维逻辑反相器是二维集成电路中的基本逻辑单元，传统的CMOS反相器要求p型半导体和n型半导体的连接耦合，往往需要两种二维材料，晶体管制备可重复性不强且器件的开关性能受限，反相器增益不高，功耗大。双极性的二维材料（如二硒化钨、黑磷等）具有极性易于通过栅压进行调控等的特点，常应用于二维逻辑反相器的相关研究，但目前的研究仍聚焦在对于双极性材料的p型调控，以期实现其与另外一种n型半导体组成CMOS反相器。

因此，有必要研究一种输入电压可调谐的二维逻辑反相器及制备方法来应对现有技术的不足，以解决或减轻上述一个或多个问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种输入电压可调谐的二维逻辑反相器及制备方法，能够利用石墨炔在正向栅压电场作用下对二维二硒化钨中的电荷俘获作用使二维二硒化钨的阈值电压发生偏移，在电荷转移特征交点前后产生较大的阻态差别，从而构建出反相器。

一方面，本发明提供一种输入电压可调谐的二维逻辑反相器，所述反相器通过在正向栅压电场作用下使石墨炔薄膜对二维二硒化钨呈现出电荷俘获作用，从而使得电荷俘获区域二维二硒化钨的阈值电压相对于非电荷俘获区域二维二硒化钨的阈值电压发生偏移，实现二维逻辑反相器功能；

通过调整正向栅压电场的大小实现所述反相器额定输入电压范围可调。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述反相器还包括绝缘层和硅栅电极；

所述硅栅电极位于底部，所述绝缘层铺设于所述硅栅电极上；

所述石墨炔薄膜铺设在所述绝缘层上；

所述二维二硒化钨一部分铺设在所述石墨炔薄膜上，另一部分铺设在所述绝缘层上。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述电荷俘获区域设置接地电极，所述非电荷俘获区域设置漏电极，所述电荷俘获区域和所述非电荷俘获区域的交接处设置输出电极。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述二维二硒化钨的厚度为5~10纳米，所述石墨炔薄膜的厚度为10~15纳米。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述绝缘层为SiO₂绝缘层、HfO₂绝缘层或HfZrO绝缘层；

所述SiO₂绝缘层的厚度为285~300nm；所述HfO₂绝缘层或HfZrO绝缘层的厚度为10~20nm。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述接地电极、所述漏电极和所述输出电极均为金属层结构，且厚度均为60~80纳米。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述接地电极、所述漏电极和所述输出电极的材质均为金。

另一方面，本发明提供一种如上任一所述输入电压可调谐的二维逻辑反相器的制备方法，所述方法的步骤包括：