CN108346582A - 一种低欧姆接触场效应晶体管的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种低欧姆接触场效应晶体管的制备方法，具体步骤为：在硅衬底上生长一层二氧化硅介质层；在二氧化硅介质层上覆盖一层二维材料；在二维材料表面按照图形旋涂一层光刻胶形成掩膜，并使二维材料的两端裸露在外；对二维材料进行辐照，诱导裸露在外的二维材料发生半导体—金属相变；辐照完成后除去光刻胶，在发生相变的二维材料两端制作金属电极A和金属电极B，即制得产品。本发明以二维相变材料在辐照条件诱导下，从半导体相转变为金属相，使金属电极和二维材料的接触变为欧姆接触，导通电流增大，接触电阻和功耗减小，可应用于各种二维材料器件中，拓展了二维相变材料器件的应用范围，提高二维相变材料器件的技术性能。
Description
技术领域
本发明属于微电子技术领域，具体涉及一种低欧姆接触场效应晶体管的制备方法。
背景技术
场效应晶体管是利用栅极电压、源极、漏极电压来控制多数载流子在半导体器件中的分布从而达到控制源、漏电极之间I-V(电流-电压)等关系的作用。与传统的硅材料场效应晶体管相比，二维材料器件由于其高迁移率，极高的开关比备受青睐。这些材料在单层或者几个原子层的时候，都显示出与其体块截然不同的性质，为原子尺度的电子器件的制作提供了可能性。随着集成电路规模的不断扩大，集成元件数量不断增多，集成电路线宽和尺寸不断下降，为节省电路空间，电路层数也不断增多，充分利用电路空间是有效提高生产效率、降低制造成本、提高性能的一种办法。随着集成电路微型化高度集成的发展，对场效应晶体管的尺寸、输运特性等要求愈发增高。目前市面上很多场效应晶体管的导通电压较大，低导通电阻、低导通电压的场效应晶体管成为技术需求。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题而提供一种低欧姆接触场效应晶体管的制备方法。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种低欧姆接触场效应晶体管的制备方法，包括以下步骤：
(1)在硅衬底上生长一层二氧化硅介质层；
(2)在二氧化硅介质层上覆盖一层二维材料；
(3)在二维材料表面按照图形旋涂一层光刻胶形成掩膜，并使二维材料的两端裸露在外；
(4)对二维材料进行辐照，诱导裸露在外的二维材料发生半导体—金属相变，光刻胶掩膜下方的二碲化钼材料不受辐照，未覆盖光刻胶的二维半导体区域受到辐照，辐照使该区域二维材料发生相变，从半导体特性相变为金属特性，使暴露在外的二维材料发生由半导体到金属的相变。
(5)辐照完成后除去光刻胶，在发生相变的二维材料两端制作金属电极A和金属电极B，即制得产品，此时金属电极和二维材料之间的欧姆接触电阻减小。
进一步地，步骤(1)所述二氧化硅介质层的厚度在10-100nm。
进一步地，步骤(2)所述的二维材料为具有半导体—金属相变特性的二维材料，通过转移或者生长的方法覆盖在二氧化硅介质层上。
进一步地，所述的二维材料为二碲化钼，二碲化钼具有超高的载流子迁移率、饱和漂移速度和高的电、热导率。
进一步地，所述二碲化钼为单层，厚度为0.5-1nm。
进一步地，步骤(4)所述辐照为激光辐照、粒子射线或X射线辐照。
进一步地，步骤(5)所述的金属电极A和金属电极B可以是同种材料，也可以为不同的材料。
进一步地，步骤(3)所述的光刻胶为光刻正胶，旋涂在二碲化钼表面中间位置形成掩膜。
本发明以二碲化钼为代表的二维相变材料，在辐照特定的工艺环境和工艺条件诱导下，从半导体相转变为金属相，即发生半导体—金属相变，其电学输运性能大为改观，以此种二维相变材料制作场效应晶体管，在受到辐照诱导后，发生半导体—金属相变后，金属电极和二维材料的接触变为欧姆接触，导通电流增大，接触电阻和功耗减小，可应用于各种二维材料器件中，拓展了二维相变材料器件的应用范围，提高二维相变材料器件的技术性能。
与目前通用的场效应晶体管相比，本发明具有的有益效果是：
1、本发明采用二维相变材料，同质结效率高，电子在二维相变材料(二碲化钼)中的运动速率快，场效应晶体管的响应快。
2、本发明中采用的二维相变材料二碲化钼两端经过激光等辐照会，会产生由半导体到金属的相变，减小了金属电极和二维材料直接的欧姆接触电阻，场效应晶体管的导通电压小，接触电阻小。
3、本发明中采用相变实现了二维材料和金属电极之间的低欧姆接触，减小了其接触电阻和功耗，此方法可应用于各种二维材料器件，实现二维材料和金属之间的欧姆接触，拓展了二维材料器件的应用可能性和技术指标性能。
附图说明
图1为采用本发明方法制备的一种低欧姆接触场效应晶体管的结构示意图；
图2为图1中光刻胶旋涂的示意图；
图中：1-硅衬底；2-二氧化硅介质层；3-发生相变的二维材料；4-未发生相变的二维材料；5-金属电极A；6-金属电极B。
具体实施方式
下文结合特定实例说明的实施方式，此处的实施例及各种特征和有关细节将参考附图中图示以及以下描述中详述的非限制性实施例而进行更完整的解释。省略众所周知的部件和处理技术的描述，以免不必要的使此处的实施例难以理解。在制作所述结构时，可以使用半导体工艺中众所周知的传统工艺。此处使用的示例仅仅是为了帮助理解此处的实施例可以被实施的方式，以及进一步使得本领域技术人员能够实施此处的实施例。因而，不应将此处的示例理解为限制此处的实施例的范围。
需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
实施例1
一种低欧姆接触场效应晶体管的制备方法，首先，采用硅作为衬底材料，并清洗衬底。
硅衬底上淀积一层二氧化硅介质层，以增加二维相变材料和衬底之间的粘附性，二氧化硅介质层厚度为80nm。
之后，在二氧化硅介质层上通过转移的方法覆盖一层二碲化钼，厚度为0.9nm；采用机械剥离法制备该层，之后通过转移技术转移覆盖在所述二氧化硅介质层上。
在二维材料上按照图形旋涂一层光刻胶形成掩膜，如图2所示，二维材料两端裸露在外，用激光对整个结构辐照，使裸露在外的二维材料发生相变而光刻胶覆盖的部分不发生相变，辐照完成后用显影液除去光刻胶。
再由真空镀膜机在发生相变材料的两端镀上电极A和电极B。
图1为采用本方法制备的低欧姆接触场效应晶体管的结构示意图，包括硅衬底1、二氧化硅介质层2、发生相变的二维材料3、未发生相变的二维材料4、金属电极A5、金属电极B6。
实施例2
一种低欧姆接触场效应晶体管的制备方法，首先，采用硅作为衬底材料，并清洗衬底。
硅衬底上用PECVD方法沉积二氧化硅介质层厚度为90nm，之后在二氧化硅介质层上旋涂二碲化钼，再用机械剥离获得二碲化钼通道层，厚度为0.8nm。
在二维材料上按照图形旋涂一层光刻胶形成排膜，二维材料两端裸露在外，用粒子射线对整个结构辐照使裸露在外的二维材料发生相变而光刻胶覆盖的部分不发生相变，辐照完成后用显影液除去光刻胶。
再在发生相变材料的两端通过蒸镀技术镀上电极A和电极B。
以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式的限制。虽然本发明已以较佳实例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述所述的方法及技术内容做出些许的更改或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术发案的内容，依据本发明的技术实质对以上实例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (8)
1.一种低欧姆接触场效应晶体管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在硅衬底上生长一层二氧化硅介质层；
(2)在二氧化硅介质层上覆盖一层二维材料；
(3)在二维材料表面按照图形旋涂一层光刻胶形成掩膜，并使二维材料的两端裸露在外；
(4)对二维材料进行辐照，诱导裸露在外的二维材料发生半导体—金属相变；
(5)辐照完成后除去光刻胶，在发生相变的二维材料两端制作金属电极A和金属电极B，即制得产品。
2.根据权利要求1所述的一种低欧姆接触场效应晶体管的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述二氧化硅介质层的厚度在10-100nm。
3.根据权利要求1所述的一种低欧姆接触场效应晶体管的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述的二维材料为具有半导体—金属相变特性的二维材料，通过转移或者生长的方法覆盖在二氧化硅介质层上。
4.根据权利要求3所述的一种低欧姆接触场效应晶体管的制备方法，其特征在于，所述的二维材料为二碲化钼。
5.根据权利要求4所述的一种低欧姆接触场效应晶体管的制备方法，其特征在于，所述二碲化钼为单层，厚度为0.5-1nm。
6.根据权利要求1所述的一种低欧姆接触场效应晶体管的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述辐照为激光辐照、粒子射线或X射线辐照。
7.根据权利要求1所述的一种低欧姆接触场效应晶体管的制备方法，其特征在于，步骤(5)所述的金属电极A和金属电极B可以是同种材料，也可以为不同的材料。
8.根据权利要求1所述的一种低欧姆接触场效应晶体管的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述的光刻胶为光刻正胶，旋涂在二碲化钼表面中间位置形成掩膜。
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