[发明专利]一种基于外尔半导体的拓扑相变晶体管及制备方法

说明书

本发明公开了一种基于外尔半导体的拓扑相变晶体管及制备方法，晶体管包括：外尔半导体层；源极，设置于所述外尔半导体层；漏极，设置于所述外尔半导体层，与所述源极间隔设置；栅极，与所述外尔半导体层连接；其中，在所述栅极的静电调控下所述外尔半导体层拓扑相变，以使所述基于外尔半导体的拓扑相变晶体管呈开态或关态。本发明利用外尔半导体的贝利曲率和对应的陈数可调特性，实现了陈数为0的传统半导体和陈数为1的拓扑半金属间的拓扑相变。实现具低功耗和高性能的场效应晶体管。通过静电调控，实现了10⁸开关比和39毫西门子每微米的开态电导。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及的是一种基于外尔半导体的拓扑相变晶体管及制备方法。

背景技术

场效应晶体管是现代半导体器件的基本元件。传统基于电荷输运机制的场效应晶体管，其开态和关态的转换，是通过静电调控下沟道载流子的积累和耗尽来实现的。由于载流子散射，传统半导体的电荷型晶体管在工作过程中往往有较多的能量以热能的形式耗散掉，特别是高开态电流的时候。

金属-绝缘体相变晶体管是一种基于电荷输运机制的器件。金属-绝缘体相变是指材料在电场、压力等作用下，发生金属与绝缘相间的转变。在这个转变过程中，电阻率会发生明显的突变，从而可以用于高性能场效应晶体管。然而，由于金属-绝缘体相变晶体管仍然是依赖于欧姆输运机制，在高开态电流的时候，热耗散高，静态功耗大。

现有技术中，理想的场效应晶体管是同时具备极高的性能和能耗效率，但传统电荷欧姆输运机制的场效应晶体管会面临短沟道效应等问题，难以同时实现高性能和低能耗。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种基于外尔半导体的拓扑相变晶体管及制备方法，旨在解决现有技术中场效应晶体管难以兼容高性能和低能耗的问题。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种基于外尔半导体的拓扑相变晶体管，其中，包括：

外尔半导体层；

源极，设置于所述外尔半导体层；

漏极，设置于所述外尔半导体层，与所述源极间隔设置；

栅极，与所述外尔半导体层连接；

其中，在所述栅极的静电调控下所述外尔半导体层拓扑相变，以使所述基于外尔半导体的拓扑相变晶体管呈开态或关态。

所述的基于外尔半导体的拓扑相变晶体管，其中，所述栅极通过栅介质与所述外尔半导体层连接；

所述栅介质与所述外尔半导体层上所述源极和所述漏极之间区域连接。

所述的基于外尔半导体的拓扑相变晶体管，其中，所述外尔半导体层为碲烯片；和/或

所述栅介质包括固态电介质或液态离子电介质；和/或

所述栅介质的可调控10¹³cm^-2级别载流子浓度。

所述的基于外尔半导体的拓扑相变晶体管，其中，所述液态离子电介质为DEME-TSFI；

所述固态电介质为PEO/LiClO₄。

所述的基于外尔半导体的拓扑相变晶体管，其中，所述栅极为背栅、顶栅或侧栅；和/或

所述源极和所述漏极均具有与所述外尔半导体层的能带匹配的功函数；和/或

所述基于外尔半导体的拓扑相变晶体管还包括：