一种基于α-In2Se3/HfO2薄膜的负电容场效应晶体管及其耗尽型负载反相器

本发明属于微电子器件，具体为一种基于α-in2se3/hfo2薄膜的负电容场效应晶体管及其制备方法，以及基于该晶体管的耗尽型负载反相器。

背景技术：

1、负电容场效应晶体管是通过在栅极层中引入铁电材料，利用铁电材料的负电容效应实现内部电压放大，从而突破亚阈值摆幅理论极限（60 mv/dec），同时显著降低工作电压和功耗的一种微电子器件。传统的硅基负电容场效应晶体管通常采用hfo2等单一的铁电薄膜，但其铁电正交相为亚稳定相并且一般为多晶结构，导致晶体管的耐久性受到影响。新型铁电材料如cuinp2s6和滑移铁电材料展示了陡峭的开关特性，但大面积制备十分困难，且在集成负电容场效应晶体管中存在电容失配的问题。二维层状铁电半导体α-in2se3具有独特的优势而备受关注。α-in2se3室温稳定的铁电极化特性及铁电性可维持至数个原子层厚度为集成构建负电容场效应晶体管提供了可能性。然而，铁电与介电界面处的电荷陷阱和屏蔽效益会削弱铁电体的极化强度，同时降低了负电容效应的效率。现有报道的α-in2se3负电容场效应晶体管在长期工作下的稳定性、偏压耐受性等方面缺乏系统评估，器件的可靠性难以保证。

技术实现思路

1、发明目的：为解决现有负电容场效应管存在的铁电材料稳定性差、工艺兼容性差、电容匹配困难等问题，本发明提出了一种基于α-in2se3/hfo2薄膜的负电容场效应晶体管及其耗尽型反相器。

2、技术方案：第一方面，本发明提出了一种基于α-in2se3/hfo2薄膜的负电容场效应晶体管，包括：衬底、两个不相连的源漏电极、沟道材料、栅介质叠层及顶栅电极；所述源漏电极沉积在衬底上方，所述沟道材料设置在源漏电极及衬底上方，所述栅介质叠层为hfo2介电钝化层与α-in2se3铁电层堆叠得到，所述hfo2介电钝化层与沟道材料直接贴合，并覆盖在沟道材料上表面，所述α-in2se3铁电层与顶栅电极接触。

3、进一步的，所述衬底表面带有介电质氧化层。

4、进一步的，所述沟道材料为二维半导体材料。

5、第二方面，本发明提出了一种耗尽型负载反相器，由两个串联的负电容场效应晶体管构成，一负电容场效应晶体管作为驱动管，另一作为负载管，负载管的栅极与其源极相连；

6、所述负电容场效应晶体管为上述公开的一种基于α-in2se3/hfo2薄膜的负电容场效应晶体管。

7、有益效果：本发明以α-in2se3二维铁电材料作为负电容场效应晶体管的铁电层，通过引入hfo2介电钝化层与α-in2se3铁电层形成串联栅极叠层，实现了稳定的负电容效应，利用铁电材料的负电容效应实现内部电压放大，使器件的亚阈值摆幅突破60 mv/dec的玻尔兹曼极限，解决了现有器件性能差、不稳定的问题。本发明基于该晶体管构建的耗尽型负载反相器在超低电压下实现了逻辑反相。综上，本发明具有高稳定性、超陡亚阈值摆幅的优点，为超低功耗集成电路提供了可行的器件方案。

1.一种基于α-in2se3/hfo2薄膜的负电容场效应晶体管，其特征在于，包括：衬底、两个不相连的源漏电极、沟道材料、栅介质叠层及顶栅电极；所述源漏电极沉积在衬底上方，所述沟道材料设置在源漏电极及衬底上方，所述栅介质叠层为hfo2介电钝化层与α-in2se3铁电层堆叠得到，所述hfo2介电钝化层与沟道材料直接贴合，并覆盖在沟道材料上表面，所述α-in2se3铁电层与顶栅电极接触。

2.根据权利要求1所述的一种基于α-in2se3/hfo2薄膜的负电容场效应晶体管，其特征在于：所述衬底表面带有介电质氧化层。

3.根据权利要求1所述的一种基于α-in2se3/hfo2薄膜的负电容场效应晶体管，其特征在于：所述沟道材料为二维半导体材料。

4.一种耗尽型负载反相器，其特征在于：由两个串联的负电容场效应晶体管构成，一负电容场效应晶体管作为驱动管，另一作为负载管，负载管的栅极与其源极相连；