本發(fā)明涉及電子器件領(lǐng)域，尤其涉及一種具有頂柵結(jié)構(gòu)的晶體管及其制備方法和電子設(shè)備。

背景技術(shù)：

1、高介電常數(shù)電介質(zhì)與二維材料的集成是構(gòu)筑二維材料晶體管等電子器件中頂柵結(jié)構(gòu)的重要步驟。一方面，由于二維材料表面無懸掛鍵，難以通過傳統(tǒng)的原子層沉積(ald)技術(shù)實(shí)現(xiàn)均勻的高介電常數(shù)電介質(zhì)沉積。另一方面，二維材料僅有原子級厚度，需要盡量降低電介質(zhì)集成工藝對二維材料的應(yīng)力和損傷，從而減小二維材料-電介質(zhì)界面態(tài)密度，實(shí)現(xiàn)好的柵控性能。

2、現(xiàn)有的高介電常數(shù)電介質(zhì)與二維材料的集成工藝有以下幾種：(1)通過預(yù)沉積1nm左右厚度的al、ta等金屬作為種子層，然后將其氧化，再通過原子層沉積技術(shù)沉積al2o3、hfo2等高介電常數(shù)頂柵電介質(zhì)(high?current?density?in?monolayer?mos2?doped?byalox.acs?nano,2021,15(1):1587-1596.doi:10.1021/acsnano.0c09078)。該方法在沉積al、ta等金屬種子層時(shí)，可能會(huì)在二維材料上引入應(yīng)力和損傷，在二維材料-電介質(zhì)界面引入更多的界面態(tài)，難以實(shí)現(xiàn)較好的柵控性能。(2)通過預(yù)沉積1nm左右厚度的sb2o3、ptca等分子作為種子層，然后再通過原子層沉積技術(shù)沉積al2o3、hfo2等高介電常數(shù)頂柵電介質(zhì)(scalable?integration?of?hybrid?high-κdielectric?materials?on?two-dimensionalsemiconductors.nature?materials,2023,22(9):1078-1084.doi:10.1038/s41563-023-01626-w)。該方法由于sb2o3、ptca等分子的揮發(fā)溫度較低，因而在熱穩(wěn)定性上存在問題，另外這些分子的介電常數(shù)不高，會(huì)降低晶體管的等效氧化層厚度(eot)。(3)通過機(jī)械轉(zhuǎn)移的方式，將al2o3、hfo2等高介電常數(shù)頂柵電介質(zhì)轉(zhuǎn)移到二維材料上(the?splanchnicmesenchyme?is?the?tissue?of?origin?for?pancreatic?fibroblasts?duringhomeostasis?and?tumorigenesis.nature?communications,2023,14(1):2340.doi:10.1038/s41467-022-34464-6)；或是通過機(jī)械轉(zhuǎn)移的方式，將hfs2、tas2等二維hf基和ta基材料轉(zhuǎn)移到二維材料上，并通過進(jìn)一步氧化的方式將其轉(zhuǎn)化為hfo2、ta2o3等高介電常數(shù)電介質(zhì)(oxidation?of?tantalum?disulfide(tas2)films?for?gate?dielectric?andprocess?design?of?two-dimensional?field-effect?device.nanotechnology,2022,33(37):375204.doi:10.1088/1361-6528/ac75f9)。該方法需要通過機(jī)械轉(zhuǎn)移的方式實(shí)現(xiàn)高介電常數(shù)電介質(zhì)與二維材料的集成，因而在器件均一性等方面存在問題。

3、綜上來看，現(xiàn)有二維材料晶體管等電子器件中高介電常數(shù)電介質(zhì)與二維材料的集成存在諸多問題，有待于改進(jìn)和發(fā)展。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種具有頂柵結(jié)構(gòu)的晶體管及其制備方法和電子設(shè)備，旨在解決現(xiàn)有方法在沉積金屬種子層時(shí)，會(huì)在二維材料上引入應(yīng)力和損傷的問題。

2、具體地，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

3、本發(fā)明的第一方面，提供一種具有頂柵結(jié)構(gòu)的晶體管的制備方法，其中，包括步驟：

4、提供表面具有二維材料層的襯底；

5、在所述二維材料層上形成圖案化的源極和漏極；

6、在所述源極和漏極之間區(qū)域的二維材料層上依次形成緩沖層和種子層；

7、去除所述緩沖層，使得所述二維材料層與所述種子層之間無應(yīng)力和無損傷接觸；

8、在所述種子層上依次形成電介質(zhì)層和頂部柵極，得到所述具有頂柵結(jié)構(gòu)的晶體管。

9、本發(fā)明的第二方面，提供一種采用本發(fā)明所述的制備方法制備得到的具有頂柵結(jié)構(gòu)的晶體管。

10、本發(fā)明的第三方面，提供一種電子設(shè)備，其中，包括本發(fā)明所述的具有頂柵結(jié)構(gòu)的晶體管。

11、有益效果：第一，本發(fā)明方法通過引入緩沖層，可以減少種子層沉積過程中對二維材料的應(yīng)力和損傷，在去除緩沖層后，二維材料層和種子層之間可以實(shí)現(xiàn)無應(yīng)力和無損傷接觸，后續(xù)再沉積電介質(zhì)層，實(shí)現(xiàn)了二維材料與高介電常數(shù)電介質(zhì)的無應(yīng)力和無損傷集成，降低了二維材料-電介質(zhì)界面態(tài)密度，保證了器件的柵控性能。第二，本發(fā)明方法無需機(jī)械轉(zhuǎn)移即可實(shí)現(xiàn)二維材料與高介電常數(shù)電介質(zhì)的無應(yīng)力和無損傷集成，避免了機(jī)械轉(zhuǎn)移過程中出現(xiàn)的氣泡、雜質(zhì)污染等，實(shí)現(xiàn)大尺度的均一性；并且無需引入低揮發(fā)溫度、低介電常數(shù)的sb2o3、ptca等種子層，因而具有高的熱穩(wěn)定性，也不會(huì)降低頂柵結(jié)構(gòu)的介電常數(shù)，進(jìn)一步保證了器件的柵控性能。

技術(shù)特征：

1.一種具有頂柵結(jié)構(gòu)的晶體管的制備方法，其特征在于，包括步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有頂柵結(jié)構(gòu)的晶體管的制備方法，其特征在于，所述緩沖層的材料為硒材料或碲材料，所述種子層的材料為氧化鋁材料、氧化鉭材料、氧化鉿材料、氧化鎂材料或氧化釔材料。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有頂柵結(jié)構(gòu)的晶體管的制備方法，其特征在于，所述緩沖層的厚度為5nm-100nm，種子層的厚度為0.2nm-5nm，所述電介質(zhì)層的厚度為1nm-50nm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有頂柵結(jié)構(gòu)的晶體管的制備方法，其特征在于，所述電介質(zhì)層的材料為氧化鉿材料、氧化鋁材料或氧化鉭材料。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有頂柵結(jié)構(gòu)的晶體管的制備方法，其特征在于，通過退火工藝去除所述緩沖層。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的具有頂柵結(jié)構(gòu)的晶體管的制備方法，其特征在于，所述退火工藝為真空退火工藝或氣氛退火工藝；當(dāng)采用真空退火工藝時(shí)，其中所用真空度為小于等于1×10-1pa，退火時(shí)間為0.5h-24h；當(dāng)采用氣氛退火工藝時(shí)，其中所用氣體為氫氣、氬氣和氮?dú)庵械囊环N或多種，退火溫度為50℃-1000℃，退火時(shí)間為0.5h-24h。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有頂柵結(jié)構(gòu)的晶體管的制備方法，其特征在于，在所述二維材料層上形成圖案化的源極和漏極的步驟具體包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有頂柵結(jié)構(gòu)的晶體管的制備方法，其特征在于，在所述源極和漏極之間區(qū)域的二維材料層上依次形成緩沖層和種子層的步驟具體包括：

9.一種采用權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的制備方法制備得到的具有頂柵結(jié)構(gòu)的晶體管。

10.一種電子設(shè)備，其特征在于，包括權(quán)利要求9所述的具有頂柵結(jié)構(gòu)的晶體管。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及電子器件領(lǐng)域，尤其涉及一種具有頂柵結(jié)構(gòu)的晶體管及其制備方法和電子設(shè)備。所述制備方法包括步驟：提供表面具有二維材料層的襯底；在二維材料層上形成圖案化的源極和漏極；在源極和漏極之間區(qū)域的二維材料層上依次形成緩沖層和種子層；去除緩沖層，使得二維材料層與種子層之間無應(yīng)力和無損傷接觸；在種子層上依次形成電介質(zhì)層和頂部柵極，得到具有頂柵結(jié)構(gòu)的晶體管。本發(fā)明方法實(shí)現(xiàn)了二維材料與高介電常數(shù)電介質(zhì)的無應(yīng)力和無損傷集成，減少了二維材料?電介質(zhì)界面態(tài)密度，保證了良好的柵控性能。

技術(shù)研發(fā)人員：陳鵬,張森瀚,梁錦旋
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南方科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2