CN105826368A - 一种二维材料场效应晶体管及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种二维材料场效应晶体管及制备方法，属于微电子技术领域。本发明的二维材料场效应晶体管自下而上依次有导电衬底、绝缘介质层、二维材料、金属电极。本发明的制备方法为机械划痕法，即先采用机械剥离法将二维材料转移到绝缘介质层上，然后将绝缘介质层和二维材料整体蒸镀上金属，在显微镜下仔细地操作针尖或刀刃，使其刚好贴住二维材料表面，然后缓慢地移动针尖或刀刃，使其划过二维材料的中部上方，以去除上面的金属，形成沟道。继续移动针尖或刀刃，划出两个金属电极，即源电极和漏电极。该二维材料场效应晶体管的制备方法具有操作简单、无需掩膜、工艺步骤少、制备时间短、效率高、成品率高等优点。

Description

一种二维材料场效应晶体管及制备方法
技术领域
本发明属于微电子技术领域，具体涉及一种二维材料场效应晶体管及制备方法。
背景技术
自石墨烯出现以来，由于其具有与众不同的电学、光学、磁学和力学性能，吸引了人们大量广泛的关注和研究。特别地，石墨烯具有超高的载流子迁移率、高电子饱和速度和高热导率等优点，在微电子器件方面有着广阔的应用前景。近年来，MoS2、WS2、黑磷等新型二维材料也相继出现，由其制备的场效应晶体管则表现出优良的特性。
目前，二维材料场效应晶体管的制备方法主要为光刻技术和金线掩膜技术。光刻技术工艺复杂，成本较高。金线掩膜技术虽然工艺简单，但是当一块衬底上同时有多片二维材料时，采用金线掩膜技术则只能选择其中一片二维材料来制作器件，成品率不高。
发明内容
为克服上述现有技术中存在的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种二维材料场效应晶体管。
本发明的另一目的在于提供上述二维材料场效应晶体管的制备方法，本发明所述的制备方法简化二维材料场效应晶体管的制备工艺、提高制备效率和成品率。
本发明的目的通过下述技术方案实现：一种二维材料场效应晶体管，所述的二维材料场效应晶体管自下而上依次有导电衬底、绝缘介质层、二维材料、金属电极。其中，金属电极被划分为源电极和漏电极。
所述的导电衬底为半导体或者金属衬底，优选为低阻硅衬底或铜衬底。
所述的绝缘介质层为SiO2、SiC、SiN、HfO2或TiO2中的一种。
所述的二维材料为石墨烯、黑磷、MoS2、WS2、MoSe2、WSe2、MoTe2、WTe2、BN、GaS、GaSe、TiS2、TaS2、TaSe2、NiTe2或ZrS2中的一种。
所述的金属电极所采用的金属为Au、Cu、Ni、Ti、Cr或Ag中的一种或两种的组合。
上述的二维材料场效应晶体管的制备方法，采用机械划痕法制备场效应晶体管的源电极、漏电极和源漏沟道，具体制备步骤如下：
1)先采用机械剥离法将二维材料转移到绝缘介质层上；
2)将绝缘介质层和二维材料整体蒸镀上金属；
3)在显微镜下操作针尖或刀刃，使其刚好贴住二维材料表面，然后缓慢地移动针尖或刀刃，使其划过二维材料的中部上方，以去除上面的金属，形成沟道；
4)继续移动针尖或刀刃，划出两个金属电极，即源电极和漏电极。
步骤2)和步骤3)中所述的金属为Au、Cu、Ni、Ti、Cr或Ag中的一种或两种的组合。
上述的制备方法采用机械划痕法，所采用的工具为针尖或者刀刃。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
本发明中二维材料场效应晶体管的制备方法具有操作简单、无需掩膜、工艺步骤少、制备时间短、效率高、成品率高等优点。
附图说明
图1是本发明实施例1提供的一种二维材料场效应晶体管的截面结构示意图。
图2是本发明实施例1提供的一种二维材料场效应晶体管的制备方法示意图；其中：A为第一步，B为第二步，C为第三步，D为第四步。
图3是本发明实施例1提供的一种二维材料场效应晶体管制备方法的光学显微镜照片，对应图2B。
图4是本发明实施例1提供的一种二维材料场效应晶体管制备方法的光学显微镜照片，对应图2C。
图5是本发明实施例1提供的一种二维材料场效应晶体管制备方法的光学显微镜照片，对应图2D。
图6是本发明实施例1提供的MoS2场效应晶体管的输出曲线。
图7是本发明实施例1提供的MoS2场效应晶体管的转移曲线。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
如图1所示，一种二维材料场效应晶体管，自下而上依次有导电衬底1、绝缘介质层2、二维材料3、金属电极4；其中导电衬底1为低阻硅衬底，绝缘介质层2是SiO2、二维材料3是MoS2、金属电极4是金。
如图2所示，上述的二维材料场效应晶体管的制备方法，包括以下步骤：
第一步，先采用机械剥离法将二维材料3转移到绝缘介质层2上；
第二步，将绝缘介质层2和二维材料3整体蒸镀上金属，对应图3的光学显微镜照片；
第三步，在显微镜下仔细地操作针尖或刀刃，使其刚好贴住二维材料3表面，然后缓慢地移动针尖或刀刃，使其划过二维材料的中部上方，以去除上面的金属，形成沟道，对应图4的光学显微镜照片；
第四步，继续移动针尖或刀刃，划出两个金属电极4，即源电极和漏电极，对应图5的光学显微镜照片。
如图6所示，采用该机械划痕法制备的MoS2场效应晶体管，栅压能够有效地对其输出特性进行调控，表明了该方法并不会对器件产生损伤，而且制备出来的器件性能优良。
如图7所示，从该MoS2场效应晶体管的转移曲线可以计算得出，其开关比为2.2×104，表明出优良的开关性能，进一步说明了本发明的可行性。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种二维材料场效应晶体管，其特征在于，该二维材料场效应晶体管自下而上依次有导电衬底、绝缘介质层、二维材料、金属电极。
2.根据权利要求1所述的二维材料场效应晶体管，其特征在于，所述的导电衬底为半导体或者金属衬底。
3.根据权利要求1所述的二维材料场效应晶体管，其特征在于，所述的导电衬底为低阻硅衬底或铜衬底。
4.根据权利要求1所述的二维材料场效应晶体管，其特征在于，所述的绝缘介质层为SiO2、SiC、SiN、HfO2或TiO2中的一种。
5.根据权利要求1所述的二维材料场效应晶体管，其特征在于，所述的二维材料为石墨烯、黑磷、MoS2、WS2、MoSe2、WSe2、MoTe2、WTe2、BN、GaS、GaSe、TiS2、TaS2、TaSe2、NiTe2或ZrS2中的一种。
6.根据权利要求1所述的一种二维材料场效应晶体管，其特征在于，所述的金属电极所采用的金属为Au、Cu、Ni、Ti、Cr或Ag中的一种或两种的组合。
7.权利要求1所述的二维材料场效应晶体管的制备方法，其特征在于，采用机械划痕法制备场效应晶体管的源电极、漏电极和源漏沟道，具体制备步骤如下：
1)先采用机械剥离法将二维材料转移到绝缘介质层上；
2)将绝缘介质层和二维材料整体蒸镀上金属；
3)在显微镜下仔细地操作针尖或刀刃，使其刚好贴住二维材料表面，然后缓慢地移动针尖或刀刃，使其划过二维材料的中部上方，以去除上面的金属，形成沟道；
4)继续移动针尖或刀刃，划出两个金属电极，即源电极和漏电极。
8.根据权利要求7所述的二维材料场效应晶体管的制备方法，其特征在于，步骤2)和步骤3)中所述的金属为Au、Cu、Ni、Ti、Cr或Ag中的一种或两种的组合。
9.根据权利要求7所述的二维材料场效应晶体管的制备方法，其特征在于，所述的制备方法为机械划痕法，所采用的工具为针尖或者刀刃。
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