本發明屬于半導體設計領域，具體涉及一種基于mos2的雙極性離子門控晶體管及其制備方法。

背景技術：

1、在現代人工突觸晶體管的研究中，大多數的突觸晶體管由于半導體通道材料為n型或p型材料，均表現出單一極性的突觸可塑性，且在模擬生物突觸的興奮和抑制行為時需要切換相反極性的電壓，在電導調制過程中，需要使用拓撲逆變器來產生極性相反的電壓，使得外圍電路結構更復雜。

2、最近提出的單極性電壓調控的器件，在調控器件性能時使用的電壓極性，為正電壓或負電壓.傳統的晶體管器件需要施加正、負雙向電壓以實現切換操作，從而實現寫入/擦除或興奮/抑制功能。而單極性突觸晶體管僅需要單一極性的電壓，利用電壓的幅值大小(即單極性svdp)、呈現出小電壓刺激條件下抑制，大電壓刺激條件下增強的現象。單極性電壓調控能夠在單向電壓下精確調控器件電導值的增加或減小，即能夠在同一極性的電壓下模擬生物突觸的興奮和抑制行為。因此，在模擬生物突觸功能方面，能夠實現單極性的突觸晶體管有巨大的作用。單極性調控不僅在模擬生物突觸方面具有優勢，而且在神經形態計算以及智能方面具有廣泛的應用前景。

3、而由于除石墨烯等少數自身能實現電子和空穴都可作為多數載流子進行傳導的材料外，其他多數半導體材料應用在器件中時往往都只能實現電子或空穴二者之一進行電荷傳輸的載流子，即有n型和p型之區別。基于此，當場效應品體管結構的器件在應用于人工神經突觸模擬時，往往只能根據其半導體材料的載流子類型實現一個方向上的抑制和增強作用，而外部的柵極脈沖也需作出相應的設置，這使得其在大規模集成時可能會面臨設計上的限制。基于此，有人提出一種雙極性薄膜晶體管，通過改變柵極電壓的幅度克服場效應晶體管模擬突觸功能時僅能實現一個方向上的抑制和增強作用的問題。而在實際電路集成中往往采用較小的工作電壓以及通過多種方式在同一極性下調制一個方向上的增強和抑制，能夠從更多維度(柵極電壓、源漏電壓)對晶體管的工作狀態進行調節。例如，在一些需要精細調節電流的放大電路中，不僅可以通過柵極電壓控制源漏電流，還可以通過調整源漏電壓來進一步輸出電流的大小，從而更精確地實現對信號的放大或抑制。

4、面對以上情況，急需一種簡單、有效能夠利用多種方式分別在正、負電壓下利用單極電壓調控實現生物突觸的興奮和抑制行為的人工突觸晶體管。

技術實現思路

1、針對現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種基于mos2的雙極性離子門控晶體管及其制備方法，解決了現有技術中的問題。

2、本發明的目的可以通過以下技術方案實現：

3、一種基于mos2的雙極性離子門控晶體管，包括：

4、導電襯底；

5、設置在所述導電襯底上的絕緣介質層；

6、設置在所述絕緣介質層上的柵電極、源電極和漏電極；

7、設置在所述源電極和漏電極上的二維材料層；

8、設置在所述二維材料層、源電極、漏電極以及柵電極上的離子液體；

9、所述二維材料層材料采用mos2。

10、進一步地，所述導電襯底的材質為硅。

11、進一步地，所述絕緣介質層的材質為sio2。

12、進一步地，所述柵電極、源電極和漏電極的材質均為鉑。

13、進一步地，所述離子液體采用demetfsi，來作為電解質層。

14、進一步地，所述絕緣介質層厚度為300nm；二維材料層厚度為8.3nm。

15、上述的一種基于mos2的雙極性離子門控晶體管的制備方法，包括以下步驟：

16、s1，將導電襯底清洗后放入石英舟，送入高溫爐的腔室內，先通入氮氣排出空氣，接著通入氧氣并加熱，依次進行干氧氧化、濕氧氧化得到絕緣介質層；

17、s2，將正性光刻膠旋涂到絕緣介質層上，通過光刻和顯影在絕緣介質層上制成電極圖案掩膜，再利用電子束蒸發蒸鍍機蒸鍍pt，最后使用丙酮進行泡洗，除去光刻膠及電極區域外的金屬層，得到柵電極、源電極和漏電極；

18、s3，采用干法轉移方法將mos2轉移到源電極和漏電極上，得到二維材料層；

19、s4，使用棉簽蘸取deme?tfsi離子液體，將其覆蓋二維材料層、源電極、漏電極以及柵電極上，即得基于mos2的雙極性離子門控晶體管。

20、進一步地，s2中，旋涂時間為60s，旋涂速度為4000轉/分鐘；所述顯影液為四甲基氫氧化銨，顯影時間為15s。

21、進一步地，s3中，制備二維材料層的步驟為：

22、利用膠帶將mos2材料從mos2塊體上分層剝離，然后與pdms貼合；

23、將pdms從膠帶表面撕下，使pdms剝離mos2材料；

24、在顯微鏡下，將帶有mos2材料pdms貼在源電極和漏電極上的目標位置，并加熱處理；

25、將pdms撕下，mos2材料留在目標位置上，完成mos2的轉移。

26、進一步地，所述加熱處理的加熱溫度為130℃，加熱時間為10min。

27、本發明的有益效果：

28、1、本發明的晶體管采用二硫化鉬作為半導體通道層，deme?tfsi離子液體作為電介質層，離子液體上層通常起到頂柵的作用，在低外加電壓下可以方便地形成納米級厚度的雙電層。這種雙電層可以表現出極大的柵極電容，因此可以顯著降低工作柵極電壓。該雙電層也可以誘導雙極載流子傳輸，并在tmd的導帶和價帶中積累極高密度的載流子。這對降低晶體管的工作電壓，提高其開/關電流比具有重要意義。

29、2、本發明選擇pt作為金屬電極，其惰性金屬能夠避免于離子液體發生反應，提高器件的穩定性。

技術特征：

1.一種基于mos2的雙極性離子門控晶體管，其特征在于，包括：

2.根據權利要求1所述的一種基于mos2的雙極性離子門控晶體管，其特征在于，所述導電襯底的材質為硅。

3.根據權利要求1所述的一種基于mos2的雙極性離子門控晶體管，其特征在于，所述絕緣介質層的材質為sio2。

4.根據權利要求1所述的一種基于mos2的雙極性離子門控晶體管，其特征在于，所述柵電極、源電極和漏電極的材質均為鉑。

5.根據權利要求1所述的一種基于mos2的雙極性離子門控晶體管，其特征在于，所述離子液體采用demetfsi，來作為電解質層。

6.根據權利要求1所述的一種基于mos2的雙極性離子門控晶體管，其特征在于，所述絕緣介質層厚度為300nm；二維材料層厚度為8.3nm。

7.權利要求1-6任一項所述的一種基于mos2的雙極性離子門控晶體管的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

8.根據權利要求7所述的一種基于mos2的雙極性離子門控晶體管的制備方法，其特征在于，s2中，旋涂時間為60s，旋涂速度為4000轉/分鐘；所述顯影液為四甲基氫氧化銨，顯影時間為15s。

9.根據權利要求7所述的一種基于mos2的雙極性離子門控晶體管的制備方法，其特征在于，s3中，制備二維材料層的步驟為：

10.根據權利要求9所述的一種基于mos2的雙極性離子門控晶體管的制備方法，其特征在于，所述加熱處理的加熱溫度為130℃，加熱時間為10min。

技術總結
本發明公開一種基于MoS<subgt;2</subgt;的雙極性離子門控晶體管及其制備方法，屬于半導體設計領域；晶體管包括導電襯底、設置在導電襯底上的絕緣介質層、設置在絕緣介質層上的柵電極、源電極和漏電極、設置在源電極和漏電極上的二維材料層、以及設置在二維材料層、源電極、漏電極以及柵電極上的離子液體；其中，二維材料層材料采用MoS<subgt;2</subgt;。采用二硫化鉬作為半導體通道層，采用離子液體作為電介質層，離子液體上層通常起到頂柵的作用，在低外加電壓下可以方便地形成納米級厚度的雙電層，可以表現出極大的柵極電容，因此可以顯著降低工作柵極電壓。

技術研發人員：徐祖雨,潘宇航,曹壽偉,王志同,朱云來,吳祖恒,代月花
受保護的技術使用者：安徽大學
技術研發日：
技術公布日：2025/4/28