【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于半導體材料及器件，更具體地，涉及一種基于圖案化起伏二硫化鉬溝道的場效應晶體管及其制備方法。
技術介紹
1、隨著集成電路的快速發展，根據摩爾定律的預測，作為其中最基本電子器件之一的場效應晶體管(fet)的密度將不斷提高，其溝道長度將相應地不斷縮小。然而，當fet的溝道長度縮減到納米尺度后將出現短溝道效應，從而降低了fet的性能。短溝道效應出現的特征長度與半導體材料的厚度正相關，但對于硅材料，隨著材料厚度的減薄，受介質散射效應影響，其遷移率急劇下降。
2、相比之下，二維材料由于其原子級薄的尺寸，可有效抑制短溝道效應，從而提高器件密度。其中，二硫化鉬(mos2)具有優異的物理性質，如單層為直接帶隙(1.85ev)、良好的穩定性、出色的受應變調控性能和很高的機械強度，被認為是下一代電子和光電子器件的潛在材料。然而，受限于其強烈聲子散射導致的遷移率較低，基于二硫化鉬的電子器件的性能還有巨大的提升空間。根據此前的文獻報道(nature?electronics,2022,5(8):489-496),通過使用起伏的襯底將晶格畸變引入二維二硫化鉬，可以減少二維材料中的電子-聲子散射，從而提高載流子的遷移率。目前，對于這種起伏襯底上的二硫化鉬主要是通過干法或濕法轉移技術得到，其步驟繁多，而且不可避免地會引入雜質和缺陷，影響獲得結構的晶體質量。例如，現有技術中的轉移方式往往是采用機械剝離，得到的單晶晶域小，往往只有10～20μm，轉移至圖案化起伏的目標襯底上時，只會覆蓋起伏的突起處，凹陷處則無法被二硫化鉬所覆蓋，容易形成空隙
3、因此，仍亟需探索在起伏襯底上直接大規模制備二硫化鉬，并加工制備場效應晶體管器件的有效方法。
技術實現思路
1、針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本專利技術的目的在于提供一種基于圖案化起伏二硫化鉬溝道的場效應晶體管及其制備方法，是通過在圖案化起伏的襯底上保形生長單晶二硫化鉬薄膜，并經微納加工制備得到場效應晶體管。本專利技術利用原位生長在圖案化襯底上得到了保形生長的單晶二硫化鉬，二硫化鉬單晶晶域與圖案化襯底之間為緊密接觸，沒有空隙及氣泡，性能優于傳統轉移方式得到的圖案化襯底上二硫化鉬薄膜。此外，本專利技術場效應晶體管制備方法，簡便可控、成本低廉、易于大規模制備，且獲得的場效應晶體管具有出色的電學性能，因此在實際應用中具備較大的潛能。
2、為實現上述目的，按照本專利技術的一個方面，提供了一種基于圖案化起伏二硫化鉬溝道的場效應晶體管，其特征在于，包括二硫化鉬層、金屬源電極、金屬漏電極、絕緣介質層、金屬柵電極和圖案化起伏的襯底，其中：
3、所述二硫化鉬層為單分子層厚度的二硫化鉬單晶晶域，該二硫化鉬單晶晶域與所述圖案化起伏的襯底直接接觸，襯底起伏的突起處和凹陷處均被該二硫化鉬單晶晶域緊密覆蓋；
4、所述金屬源電極與所述金屬漏電極設置在所述二硫化鉬層上，并位于所述二硫化鉬層的兩端，從而分別形成源極和漏極；
5、所述金屬柵電極位于所述二硫化鉬層的上方，并通過所述絕緣介質層與所述二硫化鉬層相連，從而形成柵極。
6、作為本專利技術的進一步優選，所述二硫化鉬單晶晶域的尺寸為50μm～300μm。
7、作為本專利技術的進一步優選，所述金屬源電極與所述金屬漏電極獨立的選自鉻/金疊層電極、鈦/金疊層電極，其中，所述鉻/金疊層電極中的鉻層用于與所述二硫化鉬層直接接觸，所述鈦/金疊層電極中的鈦層用于與所述二硫化鉬層直接接觸；
8、所述金屬柵電極為金、銀、鉑、鈦、鋁中的任意一種或多種。
9、作為本專利技術的進一步優選，所述絕緣介質層為氧化硅層、氧化鋁層、氧化鉿層或氮化硼層。
10、作為本專利技術的進一步優選，所述圖案化起伏的襯底，具體為圖案化起伏的藍寶石襯底、圖案化起伏的二氧化硅襯底或圖案化起伏的硅襯底。
11、按照本專利技術的另一方面，本專利技術提供了上述基于圖案化起伏二硫化鉬溝道的場效應晶體管的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
12、s1：圖案化襯底上的二硫化鉬薄膜的制備，包括以下子步驟：
13、(1)準備圖案化起伏的襯底；
14、(2)將鉬酸鹽分散于水中，配制得到鉬源溶液；
15、(3)對潔凈的圖案化起伏的襯底進行氧等離子體預處理，然后采用旋涂工藝將子步驟(2)得到的鉬源溶液涂覆在預處理后襯底的圖案化起伏的表面上，接著干燥，從而得到帶有鉬源層的襯底；
16、(4)以硫粉為硫源，利用化學氣相沉積工藝在襯底表面原位生長二硫化鉬薄膜，即可得到圖案化襯底上的二硫化鉬薄膜；所述化學氣相沉積工藝具體是采用三溫區加熱爐，是在通入載氣氣流的條件下進行化學氣相沉的；所述三溫區加熱爐包括沿氣流方向依次分布的第一溫區、第二溫區和第三溫區，帶有鉬源層的襯底位于第三溫區中央，并且鉬源層所在的表面能夠與載氣氣流直接接觸；硫粉位于第一溫區中央，第一溫區溫度設置為150～250℃，第二溫區溫度設置為300～450℃，第三溫區溫度設置為850℃；
17、s2：在步驟s1得到的圖案化襯底上的二硫化鉬薄膜上，選取某個單分子層厚度的二硫化鉬單晶晶域，采用微納加工工藝分別制備金屬源電極、金屬漏電極、絕緣介質層和金屬柵電極形成源極、漏極和柵極，即可得到基于圖案化起伏二硫化鉬溝道的場效應晶體管。
18、作為本專利技術的進一步優選，子步驟(2)中還使用有堿，具體是將鉬酸鹽和堿按摩爾比大于等于1：1配比然后同時分散于水中，從而配制得到鉬源溶液的；
19、所述堿為堿金屬氫氧化物。
20、作為本專利技術的進一步優選，子步驟(2)中，所述鉬酸鹽選自鉬酸鈉、鉬酸銨；
21、子步驟(3)中，所述潔凈的圖案化起伏的襯底，具體是將圖案化起伏的襯底依次在丙酮、異丙醇、去離子水中超聲清洗5min以上，然后用氮氣吹干得到的；
22、所述氧等離子體預處理具體是用氧等離子體處理1min以上；
23、所述旋涂工藝所使用的旋涂轉速大于1000rpm，旋涂時間大于30s；
24、子步驟(4)中，載氣的氣流量大于200sccm，化學氣相沉的時間為3分鐘以上。
25、作為本專利技術的進一步優選，步驟s2，是先光刻形成源極和漏極的圖案，顯影后蒸鍍金屬源電極材料和金屬漏電極材料，從而形成源極和漏極；
26、接著，再光刻形成柵極的圖案，顯影后，先利用介質鍍膜工藝形成絕緣介質層，然后再蒸鍍金屬柵電極材料，從而形成柵極；
27、其中，所述光刻是采用紫外光刻、激光直寫或電子束曝光；所述蒸鍍是采用熱蒸發或電子束蒸發；所述介質鍍膜工藝是采用等離子體化學氣相沉積、分子束外延或原子層沉積。
28、通過本專利技術所構思的以上技術方案，與現有技術相比，能夠取得以下
29、有益效果：
30、(1)本專利技術基于圖案化起伏的二硫化鉬溝道的場效應晶體管及其制備方法，是通過在圖案化起伏的襯底上本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種基于圖案化起伏二硫化鉬溝道的場效應晶體管，其特征在于，包括二硫化鉬層、金屬源電極、金屬漏電極、絕緣介質層、金屬柵電極和圖案化起伏的襯底，其中：
2.如權利要求1所述基于圖案化起伏二硫化鉬溝道的場效應晶體管，其特征在于，所述二硫化鉬單晶晶域的尺寸為50μm～300μm。
3.如權利要求1所述基于圖案化起伏二硫化鉬溝道的場效應晶體管，其特征在于，所述金屬源電極與所述金屬漏電極獨立的選自鉻/金疊層電極、鈦/金疊層電極，其中，所述鉻/金疊層電極中的鉻層用于與所述二硫化鉬層直接接觸，所述鈦/金疊層電極中的鈦層用于與所述二硫化鉬層直接接觸；
4.如權利要求1所述基于圖案化起伏二硫化鉬溝道的場效應晶體管，其特征在于，所述絕緣介質層為氧化硅層、氧化鋁層、氧化鉿層或氮化硼層。
5.如權利要求1所述基于圖案化起伏二硫化鉬溝道的場效應晶體管，其特征在于，所述圖案化起伏的襯底，具體為圖案化起伏的藍寶石襯底、圖案化起伏的二氧化硅襯底或圖案化起伏的硅襯底。
6.如權利要求1－5任意一項所述基于圖案化起伏二硫化鉬溝道的場效應晶體管的制備方法，
7.如權利要求6所述制備方法，其特征在于，子步驟(2)中還使用有堿，具體是將鉬酸鹽和堿按摩爾比大于等于1：1配比然后同時分散于水中，從而配制得到鉬源溶液的；
8.如權利要求6所述制備方法，其特征在于，子步驟(2)中，所述鉬酸鹽選自鉬酸鈉、鉬酸銨；
9.如權利要求6所述制備方法，其特征在于，步驟S2，是先光刻形成源極和漏極的圖案，顯影后蒸鍍金屬源電極材料和金屬漏電極材料，從而形成源極和漏極；
...【技術特征摘要】
1.一種基于圖案化起伏二硫化鉬溝道的場效應晶體管，其特征在于，包括二硫化鉬層、金屬源電極、金屬漏電極、絕緣介質層、金屬柵電極和圖案化起伏的襯底，其中：
2.如權利要求1所述基于圖案化起伏二硫化鉬溝道的場效應晶體管，其特征在于，所述二硫化鉬單晶晶域的尺寸為50μm～300μm。
3.如權利要求1所述基于圖案化起伏二硫化鉬溝道的場效應晶體管，其特征在于，所述金屬源電極與所述金屬漏電極獨立的選自鉻/金疊層電極、鈦/金疊層電極，其中，所述鉻/金疊層電極中的鉻層用于與所述二硫化鉬層直接接觸，所述鈦/金疊層電極中的鈦層用于與所述二硫化鉬層直接接觸；
4.如權利要求1所述基于圖案化起伏二硫化鉬溝道的場效應晶體管，其特征在于，所述絕緣介質層為氧化硅層、氧化鋁層、氧化鉿層或氮化硼層。
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【專利技術屬性】
技術研發人員：蹇鵬承，陳茂華，吳峰，陳長清，戴江南，
申請(專利權)人：華中科技大學，
類型：發明
國別省市：
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