垂直顶栅二维薄膜场效应晶体管、电子设备及方法

本发明涉及信息工程，尤其涉及一种垂直顶栅二维薄膜场效应晶体管、电子设备及方法。

背景技术：

1、摩尔定律发展推动着微电子技术的进步，晶体管的关键尺寸不断地缩小，如栅极长度、沟道长度、栅极间距等，成为提高芯片集成度的主要策略。但是随着晶体管的关键尺寸进程进入到5nm节点，接近原子尺度，严重的物理效应使得器件的开关特性越来越差，漏电流逐渐增大，甚至难以实现正常的逻辑运算功能。

2、相关技术中，采用器件结构来抑制极小尺度下物理效应的产生，例如fin鳍式，围栅等结构，该方式通过增大栅极对沟道的控制面积，增强了栅极对沟道的控制力，使得器件在尺寸微缩的同时仍然可以正常保持开关。然而，但采用器件结构方式增加工艺复杂度和制备成本。

技术实现思路

1、本发明提供一种垂直顶栅二维薄膜场效应晶体管、电子设备及方法，用以解决现有技术中增加工艺复杂度和制备成本的缺陷。

2、本发明提供一种垂直顶栅二维薄膜场效应晶体管，包括：

3、衬底；

4、二维薄膜，设置于所述衬底；

5、第一栅介质层，设置于所述二维薄膜背离所述衬底的一侧；

6、栅极，所述栅极覆盖于所述第一栅介质层的顶面和侧面，且所述栅极靠近所述二维薄膜的一端与所述二维薄膜之间存在间隙。

7、根据本发明实施例提供的一种垂直顶栅二维薄膜场效应晶体管，还包括第二栅介质层，所述第二栅介质层覆盖于所述栅极背离所述第一栅介质层的一侧，且第二栅介质层与所述二维薄膜接触。

8、根据本发明实施例提供的一种垂直顶栅二维薄膜场效应晶体管，所述栅极的材料为石墨烯，所述石墨烯的厚度为亚1nm。

9、根据本发明实施例提供的一种垂直顶栅二维薄膜场效应晶体管，所述顶面和所述侧面垂直；

10、所述栅极包括垂直相连的第一栅极本体和第二栅极本体，所述第一栅极本体设置于所述顶面，所述第二栅极本体设置于所述侧面。

11、根据本发明实施例提供的一种垂直顶栅二维薄膜场效应晶体管，所述二维薄膜的材质为二维半导体。

12、根据本发明实施例提供的一种垂直顶栅二维薄膜场效应晶体管，所述第一栅介质层的材质为氧化硅、氧化铪、氧化锆、氧化铝中的一种。

13、本发明还提供一种电子设备，包括设备本体以及设置于所述设备本体内的如上述任一种所述的垂直顶栅二维薄膜场效应晶体管。

14、本发明还提供一种垂直顶栅二维薄膜场效应晶体管的制作方法，用于制作如上述任一种所述的垂直顶栅二维薄膜场效应晶体管，包括：

15、在衬底上形成二维薄膜；

16、在所述二维薄膜背离所述衬底的一侧形成第一栅介质层；

17、在所述第一栅介质层上形成栅极，所述栅极覆盖于所述第一栅介质层的顶面和侧面；

18、刻蚀所述栅极靠近所述二维薄膜的一端，以使所述栅极与所述二维薄膜之间存在间隙。

19、根据本发明实施例提供的一种垂直顶栅二维薄膜场效应晶体管的制作方法，所述在衬底上形成二维薄膜，包括：

20、将二维薄膜通过干法或湿法转移或直接生长方式形成于衬底上。

21、根据本发明实施例提供的一种垂直顶栅二维薄膜场效应晶体管的制作方法，在所述刻蚀所述栅极靠近所述二维薄膜的一端，以使所述栅极靠近所述二维薄膜的一端与所述二维薄膜之间存在间隙之后，还包括：

22、在所述栅极背离所述第一栅介质层的一侧形成第二栅介质层，且所述第二栅介质层与所述二维薄膜接触。

23、本发明实施例提供的垂直顶栅二维薄膜场效应晶体管，栅极覆盖于第一栅介质层的顶面和侧面，从而在第一栅介质层侧面形成垂直顶栅结构，实现垂直顶栅结构和水平的二硫化钼沟道，能够在抑制短沟道效应的同时实现更小的横向尺寸和占用面积。

技术特征：

1.一种垂直顶栅二维薄膜场效应晶体管，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的垂直顶栅二维薄膜场效应晶体管，其特征在于，还包括第二栅介质层，所述第二栅介质层覆盖于所述栅极背离所述第一栅介质层的一侧，且第二栅介质层与所述二维薄膜接触。

3.根据权利要求1所述的垂直顶栅二维薄膜场效应晶体管，其特征在于，所述栅极的材料为石墨烯，所述石墨烯的厚度为亚1nm。

4.根据权利要求1至3任一项所述的垂直顶栅二维薄膜场效应晶体管，其特征在于，所述顶面和所述侧面垂直；

5.根据权利要求1至3任一项所述的垂直顶栅二维薄膜场效应晶体管，其特征在于，所述二维薄膜的材质为二维半导体。

6.根据权利要求1至3任一项所述的垂直顶栅二维薄膜场效应晶体管，其特征在于，所述第一栅介质层的材质为氧化硅、氧化铪、氧化锆、氧化铝中的一种。

7.一种电子设备，其特征在于，包括设备本体以及设置于所述设备本体内的如权利要求1至6中任一项所述的垂直顶栅二维薄膜场效应晶体管。

8.一种垂直顶栅二维薄膜场效应晶体管的制作方法，其特征在于，用于制作如权利要求1至7任一项所述的垂直顶栅二维薄膜场效应晶体管，包括：

9.根据权利要求8所述的垂直顶栅二维薄膜场效应晶体管的制作方法，其特征在于，所述在衬底上形成二维薄膜，包括：

10.根据权利要求8所述的垂直顶栅二维薄膜场效应晶体管的制作方法，其特征在于，在所述刻蚀所述栅极靠近所述二维薄膜的一端，以使所述栅极靠近所述二维薄膜的一端与所述二维薄膜之间存在间隙之后，还包括：

技术总结
本发明涉及信息工程技术领域，提供一种垂直顶栅二维薄膜场效应晶体管、电子设备及方法，其中晶体管包括衬底、二维薄膜、第一栅介质层和栅极，二维薄膜设置于衬底，第一栅介质层设置于二维薄膜背离衬底的一侧，栅极覆盖于第一栅介质层的顶面和侧面，且栅极靠近二维薄膜的一端与二维薄膜之间存在间隙。本发明实施例提供的垂直顶栅二维薄膜场效应晶体管，栅极覆盖于第一栅介质层的顶面和侧面，从而在第一栅介质层侧面形成垂直顶栅结构，实现垂直顶栅结构和水平的二硫化钼沟道，能够在抑制短沟道效应的同时实现更小的横向尺寸和占用面积。

技术研发人员：田禾,沈阳
受保护的技术使用者：清华大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/12