一種二維材料場效應(yīng)晶體管及制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種二維材料場效應(yīng)晶體管及制備方法，屬于微電子技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的二維材料場效應(yīng)晶體管自下而上依次有導(dǎo)電襯底、絕緣介質(zhì)層、二維材料、金屬電極。本發(fā)明的制備方法為機(jī)械劃痕法，即先采用機(jī)械剝離法將二維材料轉(zhuǎn)移到絕緣介質(zhì)層上，然后將絕緣介質(zhì)層和二維材料整體蒸鍍上金屬，在顯微鏡下仔細(xì)地操作針尖或刀刃，使其剛好貼住二維材料表面，然后緩慢地移動針尖或刀刃，使其劃過二維材料的中部上方，以去除上面的金屬，形成溝道。繼續(xù)移動針尖或刀刃，劃出兩個金屬電極，即源電極和漏電極。該二維材料場效應(yīng)晶體管的制備方法具有操作簡單、無需掩膜、工藝步驟少、制備時間短、效率高、成品率高等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】
一種二維材料場效應(yīng)晶體管及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于微電子技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種二維材料場效應(yīng)晶體管及制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]自石墨烯出現(xiàn)以來，由于其具有與眾不同的電學(xué)、光學(xué)、磁學(xué)和力學(xué)性能，吸引了人們大量廣泛的關(guān)注和研究。特別地，石墨烯具有超高的載流子迀移率、高電子飽和速度和高熱導(dǎo)率等優(yōu)點(diǎn)，在微電子器件方面有著廣闊的應(yīng)用前景。近年來，MoS2、WS2、黑磷等新型二維材料也相繼出現(xiàn)，由其制備的場效應(yīng)晶體管則表現(xiàn)出優(yōu)良的特性。
[0003]目前，二維材料場效應(yīng)晶體管的制備方法主要為光刻技術(shù)和金線掩膜技術(shù)。光刻技術(shù)工藝復(fù)雜，成本較高。金線掩膜技術(shù)雖然工藝簡單，但是當(dāng)一塊襯底上同時有多片二維材料時，采用金線掩膜技術(shù)則只能選擇其中一片二維材料來制作器件，成品率不高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為克服上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點(diǎn)與不足，本發(fā)明的首要目的在于提供一種二維材料場效應(yīng)晶體管。
[0005]本發(fā)明的另一目的在于提供上述二維材料場效應(yīng)晶體管的制備方法，本發(fā)明所述的制備方法簡化一■維材料場效應(yīng)晶體管的制備工藝、提尚制備效率和成品率。
[0006]本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn):一種二維材料場效應(yīng)晶體管，所述的二維材料場效應(yīng)晶體管自下而上依次有導(dǎo)電襯底、絕緣介質(zhì)層、二維材料、金屬電極。其中，金屬電極被劃分為源電極和漏電極。
[0007]所述的導(dǎo)電襯底為半導(dǎo)體或者金屬襯底，優(yōu)選為低阻硅襯底或銅襯底。
[0008]所述的絕緣介質(zhì)層為Si02、SiC、SiN、Hf02或T12中的一種。
[0009]所述的二維材料為石墨烯、黑磷、MoS2、WS2、MoSe2、WSe2、MoTe2、WTe2、BN、GaS、GaSe、TiS2、TaS2、TaSe2、NiTe2 或 ZrS2 中的一種。
[0010]所述的金屬電極所采用的金屬為Au、Cu、N1、T1、Cr或Ag中的一種或兩種的組合。
[0011]上述的二維材料場效應(yīng)晶體管的制備方法，采用機(jī)械劃痕法制備場效應(yīng)晶體管的源電極、漏電極和源漏溝道，具體制備步驟如下:
[0012]I)先采用機(jī)械剝離法將二維材料轉(zhuǎn)移到絕緣介質(zhì)層上；
[0013]2)將絕緣介質(zhì)層和二維材料整體蒸鍍上金屬；
[0014]3)在顯微鏡下操作針尖或刀刃，使其剛好貼住二維材料表面，然后緩慢地移動針尖或刀刃，使其劃過二維材料的中部上方，以去除上面的金屬，形成溝道；
[0015]4)繼續(xù)移動針尖或刀刃，劃出兩個金屬電極，即源電極和漏電極。
[0016]步驟2)和步驟3)中所述的金屬為六11、(:11、祖、11、0或48中的一種或兩種的組合。
[0017]上述的制備方法采用機(jī)械劃痕法，所采用的工具為針尖或者刀刃。
[0018]本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點(diǎn)及效果:
[0019]本發(fā)明中二維材料場效應(yīng)晶體管的制備方法具有操作簡單、無需掩膜、工藝步驟少、制備時間短、效率尚、成品率尚等優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明實施例1提供的一種二維材料場效應(yīng)晶體管的截面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖2是本發(fā)明實施例1提供的一種二維材料場效應(yīng)晶體管的制備方法示意圖；其中:A為第一步，B為第二步，C為第三步，D為第四步。
[0022]圖3是本發(fā)明實施例1提供的一種二維材料場效應(yīng)晶體管制備方法的光學(xué)顯微鏡照片，對應(yīng)圖2B。
[0023]圖4是本發(fā)明實施例1提供的一種二維材料場效應(yīng)晶體管制備方法的光學(xué)顯微鏡照片，對應(yīng)圖2C。
[0024]圖5是本發(fā)明實施例1提供的一種二維材料場效應(yīng)晶體管制備方法的光學(xué)顯微鏡照片，對應(yīng)圖2D。
[0025]圖6是本發(fā)明實施例1提供的MoS2場效應(yīng)晶體管的輸出曲線。
[0026]圖7是本發(fā)明實施例1提供的MoS2場效應(yīng)晶體管的轉(zhuǎn)移曲線。
【具體實施方式】
[0027]下面結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。
[0028]實施例1
[0029]如圖1所示，一種二維材料場效應(yīng)晶體管，自下而上依次有導(dǎo)電襯底1、絕緣介質(zhì)層
2、二維材料3、金屬電極4;其中導(dǎo)電襯底I為低阻硅襯底，絕緣介質(zhì)層2是Si02、二維材料3是M0S2、金屬電極4是金。
[0030]如圖2所示，上述的二維材料場效應(yīng)晶體管的制備方法，包括以下步驟:
[0031 ]第一步，先采用機(jī)械剝離法將二維材料3轉(zhuǎn)移到絕緣介質(zhì)層2上；
[0032]第二步，將絕緣介質(zhì)層2和二維材料3整體蒸鍍上金屬，對應(yīng)圖3的光學(xué)顯微鏡照片;
[0033]第三步，在顯微鏡下仔細(xì)地操作針尖或刀刃，使其剛好貼住二維材料3表面，然后緩慢地移動針尖或刀刃，使其劃過二維材料的中部上方，以去除上面的金屬，形成溝道，對應(yīng)圖4的光學(xué)顯微鏡照片；
[0034]第四步，繼續(xù)移動針尖或刀刃，劃出兩個金屬電極4，即源電極和漏電極，對應(yīng)圖5的光學(xué)顯微鏡照片。
[0035]如圖6所示，采用該機(jī)械劃痕法制備的MoS2場效應(yīng)晶體管，柵壓能夠有效地對其輸出特性進(jìn)行調(diào)控，表明了該方法并不會對器件產(chǎn)生損傷，而且制備出來的器件性能優(yōu)良。
[0036]如圖7所示，從該MoS2場效應(yīng)晶體管的轉(zhuǎn)移曲線可以計算得出，其開關(guān)比為2.2X104，表明出優(yōu)良的開關(guān)性能，進(jìn)一步說明了本發(fā)明的可行性。
[0037]上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種二維材料場效應(yīng)晶體管，其特征在于，該二維材料場效應(yīng)晶體管自下而上依次有導(dǎo)電襯底、絕緣介質(zhì)層、二維材料、金屬電極。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維材料場效應(yīng)晶體管，其特征在于，所述的導(dǎo)電襯底為半導(dǎo)體或者金屬襯底。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維材料場效應(yīng)晶體管，其特征在于，所述的導(dǎo)電襯底為低阻硅襯底或銅襯底。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維材料場效應(yīng)晶體管，其特征在于，所述的絕緣介質(zhì)層為Si02、SiC、SiN、Hf02 或 T12 中的一種。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維材料場效應(yīng)晶體管，其特征在于，所述的二維材料為石墨烯、黑磷、MoS2、WS2、MoSe2、WSe2、MoTe2、WTe2、BN、GaS、GaSe、TiS2、TaS2、TaSe2、NiTe2 或 ZrS2 中的一種。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種二維材料場效應(yīng)晶體管，其特征在于，所述的金屬電極所采用的金屬為411、&1、祖、11、0或48中的一種或兩種的組合。7.權(quán)利要求1所述的二維材料場效應(yīng)晶體管的制備方法，其特征在于，采用機(jī)械劃痕法制備場效應(yīng)晶體管的源電極、漏電極和源漏溝道，具體制備步驟如下: 1)先采用機(jī)械剝離法將二維材料轉(zhuǎn)移到絕緣介質(zhì)層上； 2)將絕緣介質(zhì)層和二維材料整體蒸鍍上金屬； 3)在顯微鏡下仔細(xì)地操作針尖或刀刃，使其剛好貼住二維材料表面，然后緩慢地移動針尖或刀刃，使其劃過二維材料的中部上方，以去除上面的金屬，形成溝道； 4)繼續(xù)移動針尖或刀刃，劃出兩個金屬電極，即源電極和漏電極。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的二維材料場效應(yīng)晶體管的制備方法，其特征在于，步驟2)和步驟3)中所述的金屬為六11、(:11、祖、11、0或48中的一種或兩種的組合。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的二維材料場效應(yīng)晶體管的制備方法，其特征在于，所述的制備方法為機(jī)械劃痕法，所采用的工具為針尖或者刀刃。
【文檔編號】H01L29/772GK105826368SQ201610312907
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年5月11日
【發(fā)明人】楊億斌, 招瑜, 肖也, 牟中飛, 李京波
【申請人】廣東工業(yè)大學(xué)