CN110752157B - 三维悬空环栅结构半导体场效应晶体管器件的制备方法 - Google Patents
三维悬空环栅结构半导体场效应晶体管器件的制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种制备三维悬空环栅结构半导体场效应晶体管(MOSFET)器件的方法及其产品，其包括步骤：利用微纳加工技术对半导体材料进行表面处理和制备模型结构；对制备好的三维结构利用微纳加工技术进行栅介质层沉积；悬空环栅电极和悬空漏电极加工；利用聚焦离子束实现三维空间的电极互联。本发明是一种以三维结构为载体，利用各种微纳加工技术制备三维悬空环栅MOSFET的新方法。该方法具有工艺灵活、可控性好、方法新颖等特点，所制备的器件具有各向同性调控源漏之间的场效应，优秀的栅极控制，具有更小的漏端寄生电容，减少漏端电场扩散，提高器件集成密度等特点。
Description
技术领域
本发明涉及三维微纳场效应晶体管器件技术领域，具体涉及一种三维悬空环栅结构半导体场效应晶体管器件的制备方法及其产品。
背景技术
随着电子集成技术的进一步发展，电子器件的小型化、高效化的需求逐渐的加大，但随着半导体器件尺寸不断缩小，通过等比例缩小器件尺寸来提高器件性能的方法即将接近极限，短沟道效应和亚阈性能退化亦限制了器件尺寸的进一步缩小，因此越来越多的研究者关注利用具有复杂几何栅结构的晶体管来增加栅极对晶体管沟道内的电流控制。在目前所有提出的多栅结构中，环形栅具有可以较好的减小芯片面积，节约制造成本，更小的漏端寄生电容，开关速度快等优点。
但目前的报道的三维悬空环栅晶体管为垂直型单根硅纳米线场效应晶体管。工艺流程包括电子束曝光定义图形，生长Si3N4作为硬掩模，刻蚀出直径百纳米的硅纳米柱，接着生长氧化铝作为介质层，然后通过多次旋涂绝缘材料以及接触空的刻蚀实现源栅漏的电极互联。通过这一工艺流程制备出的晶体管亚阈值摆幅低至80mV/dec，开关比高达107，驱动电流密度1.0*103μA/μm。但基于此方法制备的三维垂直型环栅晶体管工艺流程复杂，尤其是源、漏、栅的电极互联采用多次旋涂绝缘材料打孔增加了器件制备难度。怎样快速高效获得垂直型环栅器件，仍需要方法与技术上的创新与发展。
发明内容
因此，本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，提供一种三维悬空环栅结构半导体场效应晶体管器件的制备方法及其产品。
在阐述本发明的技术方案之前，定义本文中所使用的术语如下：
术语“MOSFET”是指：Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Tran sistor,金属-氧化物半导体场效应晶体管。
术语“SOI”是指：Silicon-On-Insulator，绝缘衬底上的硅。
术语“pecvd”是指：Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，等离子体增强化学气相沉积法。
为实现上述目的，本发明的第一方面提供了一种三维悬空环栅结构半导体场效应晶体管器件的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(1)对顶层半导体材料进行掺杂或表面处理；
(2)在步骤(1)得到的样品上利用微纳加工工艺制备出二维模型结构；优选地，所述微纳加工工艺为电子束曝光和/或紫外曝光；
(3)在步骤(2)得到的样品上利用刻蚀工艺按照模型结构加工出三维母版结构；优选地，所述刻蚀工艺为法刻蚀或干法刻蚀，更优选为反应离子刻蚀和/或电感耦合等离子体反应离子刻蚀；
(4)在步骤(3)得到的样品上利用微纳加工工艺制备出平面底部源电极；优选地，所述微纳加工工艺为光刻和/或镀膜工艺；更优选地，所述光刻工艺为电子束曝光和/或紫外曝光；所述镀膜工艺为电子束蒸发和/或热蒸发；
(5)在步骤(4)得到的样品上利用微纳加工工艺包裹栅介质层；优选地，所述微纳加工工艺为原子层沉积或有机金属气相沉积；
(6)在步骤(5)得到的样品上利用微纳加工工艺制备出平面底部栅、漏电极；优选地，所述微纳加工工艺为所述微纳加工工艺为光刻和/或镀膜工艺；更优选地，所述光刻工艺为电子束曝光和/或紫外曝光；所述镀膜工艺为电子束蒸发和/或热蒸发；
(7)在步骤(6)得到的样品上利用回刻工艺去除顶部绝缘层；
(8)在步骤(7)得到的样品上利用二次回刻工艺制备悬空环栅金属电极；
(9)在步骤(8)得到的样品上利用回刻工艺制备顶部悬空漏电极；
(10)在步骤(9)得到的样品上利用聚焦离子束诱导沉积出金属纳米线；和
(11)在步骤(10)得到的样品上利用聚焦离子束辐照使所述金属纳米线弯曲并实现平面电极与三维悬空电极互联。
根据本发明第一方面的制备方法，其中，步骤(1)中，所述顶层半导体材料为薄膜材料或块状材料；
优选地，所述顶层半导体材料为单质半导体和/或化合物型半导体；
更优选地，所述单质半导体选自以下一种或多种：硅、锗、金刚石等所述化合物半导体选自以下一种或多种：GaAs、ZnO等；
最优选地，所述顶层半导体材料为硅。
根据本发明第一方面的制备方法，其中，步骤(2)中，所述二维模型结构为具有不同直径的圆形结构；
优选地，所述二维模型结构的直径为微纳米级，优选为100nm～1000nm。
根据本发明第一方面的制备方法，其中，步骤(4)中，所述底部源电极形成欧姆接触；
优选地，所述底部源电极的材料选自以下一种或多种：Ti/Au、Al。
根据本发明第一方面的制备方法，其中，步骤(5)中，所述栅介质层材料为介电系数在8以上的高K材料；
优选地，所述高K材料选自以下一种或多种：Al2O3、HfO2、ZrO2。
根据本发明第一方面的制备方法，其中，步骤(7)和(9)中，所述回刻工艺包括以下步骤：
旋涂特定厚度的光刻胶，通过去除特定厚度的胶，使样品露出指定高度，再进行进一步沉积或刻蚀。
根据本发明第一方面的制备方法，其中，步骤(8)中，所述二次回刻工艺包括以下步骤：
旋涂特定厚度的光刻胶，通过去除特定厚度的胶，使样品露出指定高度，通过蒸镀沉积栅极金属，溶脱后，再次利用回刻工艺，将顶部金属去除，得到特定厚度的悬空环栅电极；
优选地，所述蒸镀方法采用倾角沉积。
根据本发明第一方面的制备方法，其中，步骤(10)和(11)中，所述金属纳米线的材料选自以下一种或多种：Pt、W；优选为Pt。
本发明的第二方面提供了一种三维悬空环栅结构半导体场效应晶体管器件，所述半导体场效应晶体管器件按照第一方面所述的制备方法而制得。
根据本发明第二方面的晶体管器件，所述晶体管器件中的沟道结构包括但不限于：柱形、金字塔形，正方体，长方体；和/或，所述晶体管器件中的功能材料体系包括但不限于：块材结构、多层材料三明治结构。
本发明是一种制备三维悬空环栅结构半导体场效应晶体管(MOSFET)器件的方法，其包括步骤：利用微纳加工技术对半导体材料进行表面处理和制备模型结构；对制备好的三维结构利用微纳加工技术进行栅介质层沉积；悬空环栅电极和悬空漏电极加工；利用聚焦离子束实现三维空间的电极互联。本发明是一种以三维结构为载体，利用各种微纳加工技术制备三维悬空环栅MOSFET的新方法。该方法具有工艺灵活、可控性好、方法新颖等特点，所制备的器件具有各向同性调控源漏之间的场效应，优秀的栅极控制，具有更小的漏端寄生电容，减少漏端电场扩散，提高器件集成密度等特点。
为达到上述目的，本发明提供一种制备三维悬空环栅结构半导体场效应晶体管(MOSFET)器件的方法，所述方法技术解决方案的步骤包括如下：
步骤1：对半导体块状材料或者薄膜材料进行掺杂或表面处理，增强其导电性。
步骤2：在步骤1得到的样品上利用微纳加工工艺制备出二维模型结构。
步骤3：在步骤2得到的样品上利用刻蚀工艺按照模型结构加工出三维母版结构。
步骤4：在步骤3得到的样品上利用微纳加工工艺制备出平面底部源电极。
步骤5：在步骤4得到的样品上利用微纳加工工艺包裹一层高K材料，作为栅介质层，以达到栅极与基体材料的绝缘。
步骤6：在步骤5得到的样品上利用微纳加工工艺制备出平面底部栅、漏电极。
步骤7：在步骤6得到的样品上利用回刻工艺去除顶部绝缘层。
步骤8：在步骤7得到的样品上利用回刻工艺制备悬空环栅金属电极。
步骤9：在步骤8得到的样品上利用回刻工艺制备顶部悬空漏电极。
步骤10：在步骤9得到的样品上利用聚焦离子束诱导沉积出金属纳米线。
步骤11：在步骤10得到的样品上利用聚焦离子束辐照使得金属纳米线弯曲并实现平面电极与三维悬空电极互联。
优选实施例，步骤1所述的半导体体材料或者薄膜材料可以为硅或金刚石等单质半导体，也可以是GaAs等二元或三元化合物型半导体。
本发明的制备方法可以具有但不限于以下有益效果：
1、本发明采用的先二维后三维结构的加工方法来进行三维微纳米结构的加工，可以有效提高加工不同三维结构尺寸的可控性，提高加工效率以及大面积地加工的特点。
2、本发明通过利用回刻以及倾角蒸镀金属获得悬空电极，使得环栅电极的加工简单方便且可以实现大面积均匀性的制备。
附图说明
以下，结合附图来详细说明本发明的实施方案，其中：
图1示出了实施例1中本发明三维悬空环栅结构的半导体场效应晶体管(MOSFET)器件的制备方法的流程图。
图2示出了实施例1中半导体场效应晶体管器件的电镜图，其中图2A示出了经过步骤A-步骤C所制备的硅岛上硅柱结构，图2B示出了步骤D-步骤F所制备的平面源、漏、栅电极，图2C示出步骤G-步骤H所制备的悬空环栅电极，图2D示出步骤I所制备的悬空漏电极，图2E示出步骤J-步骤K所实现的电极空间。
附图标记说明：
1、顶层半导体材料；2、绝缘衬底(氧化硅)；3、硅衬底；4、平面掩模图形；5、隔离层；6、垂直沟道柱状结构；7、底部源电极；8、平面栅电极；9.平面漏电极；10、去除顶部介质层的硅柱；11、悬空栅电极；12、悬空顶层漏电极；13、聚焦离子束诱导沉积金属纳米线。
具体实施方式
下面通过具体的实施例进一步说明本发明，但是，应当理解为，这些实施例仅仅是用于更详细具体地说明之用，而不应理解为用于以任何形式限制本发明。
本部分对本发明试验中所使用到的材料以及试验方法进行一般性的描述。虽然为实现本发明目的所使用的许多材料和操作方法是本领域公知的，但是本发明仍然在此作尽可能详细描述。本领域技术人员清楚，在上下文中，如果未特别说明，本发明所用材料和操作方法是本领域公知的。
以下实施例中使用的试剂和仪器如下：
材料及试剂列表:
| 材料或试剂 | 购自 |
| SOI | 上海芯镓印电子科技有限公司 |
| PMMA光刻胶 | 北京汇德信科技有限公司 |
| PMMA显影液(MIBK:IPA＝3:1) | 北京汇德信科技有限公司 |
| 酒精 | 国药集团化学试剂有限公司 |
| 异丙醇 | 国药集团化学试剂有限公司 |
| 丙酮 | 国药集团化学试剂有限公司 |
仪器列表：
实施例1
本实施例用于说明本发明半导体场效应晶体管器件的制备方法。
如图1所示，硅柱悬空环栅场效应晶体管的制备方法包括下述步骤A至K。
步骤A：选用SOI衬底，需要对SOI衬底进行清洗与处理。具体地，使用前依次采用丙酮-乙醇-去离子水等对衬底进行超声处理，再用氮气吹干，然后在烘箱或热板上进行去水汽干燥处理，本实施例中采用在热板上120℃干燥2分钟。如若SOI衬底顶层硅是轻掺杂，则需通过离子注入实现高掺杂，掺杂浓度为1017～1019cm-3。
步骤B：顶层半导体材料薄膜或块状材料(本实施例中采用硅)1上平面掩膜图形4的加工。首先利用等离子体化学气相沉积(PECVD)的方法，具体地，温度380℃，所用气体SiH4，N2，NO2。在SOI顶层硅衬底1上沉积100nm的氧化硅作为隔离层5。然后在衬底上旋涂厚度为200nm的正性光刻胶PMMA，在热板上进行180℃前烘，接着进行电子束曝光，具体地，选用高压10kV光阑20um，写场100um，获得直径为100nm，200nm，300nm的圆盘图形阵列。显影定影后，通过电子束蒸发镀膜机沉积50nm的Cr作为掩模，接着将样品放入丙酮中溶脱，获得金属圆盘掩膜图形。接着继续利用等离子体化学气相沉积(PECVD)沉积100nm氧化硅作为隔离，再次旋涂正性光刻胶PMMA，曝光矩形图案，显影定影后再次沉积金属作为掩模，所用工艺与上述一致。
步骤C：顶层半导体材料薄膜或块状材料(本实施例中采用硅)1上平面掩膜图形4的刻蚀转移，在衬底上形成自支撑圆柱体单元。采用反应离子刻蚀技术，获得硅岛上硅柱结构6。具体地，首先利用反应离子刻蚀系统(RIE)去除200nm厚的氧化硅隔离层，接着以矩形块做掩模，利用电感耦合等离子体刻蚀系统(ICP-RIE)刻蚀500nm高的硅岛。然后，利用湿法腐蚀去除矩形金属掩模，再利用RIE去掉金属掩模下200nm厚的氧化硅，留下金属圆盘作为掩模，再次利用电感耦合等离子体刻蚀系统刻蚀1um深的硅柱。得到结构如图1C所示样品。刻蚀硅的气体为O2和SF6，气体流量分别是15sccm，45sccm，压强为8mTorr，射频功率10W，刻蚀温度为-110℃。刻蚀氧化硅的气体为CHF3和Ar，气体流量分别是90sccm，10sccm，压强为35mTorr，射频功率200W，刻蚀温度为20℃。金属掩模用湿法腐蚀去除，本实施例中金属Cr利用铬腐蚀液去除，具体成分为硝酸和硝酸铵，最后将样品放入缓冲氧化物刻蚀液(BOE)中去除顶部的氧化硅掩模，BOE的成分氢氟酸(49％)、氟化铵与水混合而成。
步骤D：在步骤C所得的样品上再次旋涂正性光刻胶PMMA，胶厚900nm。曝光出底部源电极图形，通过电子束蒸镀沉积金属Al实现底部电极的接触。溶脱后结构为底部源电极7，为了改善底部电极接触，采用倾角蒸镀方式，具体地，将样品粘贴在20°倾角的样品拖上使的样品表面与镀源成70°而不是垂直于镀源。
步骤E：在步骤D所得的结构表面制备Al2O3电介质层。具体地，将步骤D加工过的样品放入到原子层沉积(ALD)系统中，进行高K电介质层的沉积。其中，高K电介质层材料的生长采用全包裹原子层沉积方法，可在整个表面均匀的生长栅电绝缘层。电介质材料包括但不限于Al2O3、ZrO2、HfO2中的一种或多种组合，本实施例中采用Al2O3电介质层，这一层亦可对样品其它区域起到钝化保护作用。
步骤F：平面栅电极8、漏电极9加工。将步骤E得到的样品进一步涂900nm厚的正性光刻胶，套刻曝光出平面电极，显影定影后，利用电子束蒸镀沉积金属Al作为平面栅电极8，平面漏电极9。
步骤G：对步骤F得到的样品进行回刻去除硅柱顶部的绝缘层。具体步骤为，旋涂2um的光刻胶作为掩模，通过反应离子刻蚀系统减薄光刻胶至1.3um，露出顶部200nm硅柱，接着利用湿法去除顶部介质层。湿法采用磷酸溶液，腐蚀时间30s，得到去除顶部介质层的硅柱10。
步骤H：悬空栅电极11制备。具体地，旋涂2um的光刻胶，再利用反应离子刻蚀系统减薄光刻胶露出顶部600nm硅柱，倾角蒸镀金属，溶脱后再次旋涂光刻胶利用反应离子刻蚀系统减薄光刻胶露出顶部500nm，最后将顶部金属去除留下悬空栅电极11，本实施例中选用的栅极金属为Cr，去除方法为上述的Cr腐蚀液，腐蚀速率50nm/min。
步骤I：在步骤H获得的样品上，通过步骤H的加工工艺制备悬空顶层漏电极12，具体实验步骤，旋涂2um的光刻胶，再利用反应离子刻蚀系统减薄光刻胶露出顶部200nm硅柱，倾角蒸镀金属，溶脱后即可获得悬空顶层漏电极。
步骤J：在步骤I获得的样品上，通过聚焦离子束在平面栅漏电极8、9上沉积垂直于衬底的金属纳米线13(Pt)，具体的实验步骤，首先在聚焦离子束系统中，调整电子束离子束共轴，使得样品表面垂直于离子束，接着将离子束扫描模式调整为点扫描模式，然后插入探针，打开前驱体开关，开启离子束，控制沉积时间，沉积1.5um、2um高的金属纳米线。
步骤K：在步骤J获得的样品上，通过调整入射聚焦离子束角度，辐照纳米线使其弯曲，最终实现三维空间电极的互联，具体的实验条件，旋转样品台，使得样品顶部和平面金属在同一方向，对覆盖金属纳米线根部的小面积开启离子束进行扫描，离子束高压30kev，束流10pA扫描时间20s。如图2所示，其中图2A示出了经过步骤A-步骤C所制备的硅岛上硅柱结构，图2B示出了步骤D-步骤F所制备的平面源、漏、栅电极，图2C示出步骤G-步骤H所制备的悬空环栅电极，图2D示出步骤I所制备的悬空漏电极，图2E示出步骤J-步骤K所实现的电极空间。
另外，需要说明的是，本发明的制备方法不限于硅柱悬空环栅场效应晶体管的构建。例如，可以将沟道结构加工为金字塔形，正方体，长方体等。而且功能材料体系不限于块材结构，还可以是多层材料三明治结构等。
尽管本发明已进行了一定程度的描述，明显地，在不脱离本发明的精神和范围的条件下，可进行各个条件的适当变化。可以理解，本发明不限于所述实施方案，而归于权利要求的范围，其包括所述每个因素的等同替换。
Claims (127)
1.一种三维悬空环栅结构半导体场效应晶体管器件的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
(1)对顶层半导体材料进行掺杂或表面处理；
(2)在步骤(1)得到的样品上利用微纳加工工艺制备出二维模型结构；(3)在步骤(2)得到的样品上利用刻蚀工艺按照模型结构加工出三维母版结构；(4)在步骤(3)得到的样品上利用微纳加工工艺制备出平面底部源电极；
(5)在步骤(4)得到的样品上利用微纳加工工艺包裹栅介质层；
(6)在步骤(5)得到的样品上利用微纳加工工艺制备出平面底部栅、漏电极；(7)在步骤(6)得到的样品上利用回刻工艺去除顶部绝缘层；
(8)在步骤(7)得到的样品上利用二次回刻工艺制备悬空环栅金属电极；
(9)在步骤(8)得到的样品上利用回刻工艺制备顶部悬空漏电极；
(10)在步骤(9)得到的样品上利用聚焦离子束诱导沉积出金属纳米线；
(11)在步骤(10)得到的样品上利用聚焦离子束辐照使所述金属纳米线弯曲并实现平面电极与三维悬空电极互联。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述微纳加工工艺为电子束曝光和/或紫外曝光。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述刻蚀工艺为湿法刻蚀或干法刻蚀。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述刻蚀工艺为湿法刻蚀或干法刻蚀。
5.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，所述刻蚀工艺为反应离子刻蚀和/或电感耦合等离子体反应离子刻蚀。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述微纳加工工艺为光刻和/或镀膜工艺。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述微纳加工工艺为光刻和/或镀膜工艺。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述光刻工艺为电子束曝光和/或紫外曝光；所述镀膜工艺为电子束蒸发和/或热蒸发。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述光刻工艺为电子束曝光和/或紫外曝光；所述镀膜工艺为电子束蒸发和/或热蒸发。
10.根据权利要求1至4中任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(5)中，所述微纳加工工艺为原子层沉积或有机金属气相沉积。
11.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(5)中，所述微纳加工工艺为原子层沉积或有机金属气相沉积。
12.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤(5)中，所述微纳加工工艺为原子层沉积或有机金属气相沉积。
13.根据权利要求1至4中任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(6)中，所述微纳加工工艺为所述微纳加工工艺为光刻和/或镀膜工艺。
14.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(6)中，所述微纳加工工艺为所述微纳加工工艺为光刻和/或镀膜工艺。
15.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤(6)中，所述微纳加工工艺为所述微纳加工工艺为光刻和/或镀膜工艺。
16.根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于，步骤(6)中，所述微纳加工工艺为所述微纳加工工艺为光刻和/或镀膜工艺。
17.根据权利要求13所述的制备方法，其特征在于，所述光刻工艺为电子束曝光和/或紫外曝光；所述镀膜工艺为电子束蒸发和/或热蒸发。
18.根据权利要求14所述的制备方法，其特征在于，所述光刻工艺为电子束曝光和/或紫外曝光；所述镀膜工艺为电子束蒸发和/或热蒸发。
19.根据权利要求1至4中任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述顶层半导体材料为薄膜材料或块状材料。
20.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述顶层半导体材料为薄膜材料或块状材料。
21.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述顶层半导体材料为薄膜材料或块状材料。
22.根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述顶层半导体材料为薄膜材料或块状材料。
23.根据权利要求13所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述顶层半导体材料为薄膜材料或块状材料。
24.根据权利要求18所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述顶层半导体材料为薄膜材料或块状材料。
25.根据权利要求19所述的制备方法，其特征在于，所述顶层半导体材料为单质半导体和/或化合物型半导体。
26.根据权利要求20所述的制备方法，其特征在于，所述顶层半导体材料为单质半导体和/或化合物型半导体。
27.根据权利要求25所述的制备方法，其特征在于，所述单质半导体选自以下一种或多种：硅、锗、金刚石、和/或
所述化合物半导体选自以下一种或多种：GaAs、ZnO。
28.根据权利要求26所述的制备方法，其特征在于，所述单质半导体选自以下一种或多种：硅、锗、金刚石、和/或
所述化合物半导体选自以下一种或多种：GaAs、ZnO。
29.根据权利要求28所述的制备方法，其特征在于，所述顶层半导体材料为硅。
30.根据权利要求1至4中任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述二维模型结构为具有不同直径的圆形结构、不同尺寸的矩形结构。
31.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述二维模型结构为具有不同直径的圆形结构、不同尺寸的矩形结构。
32.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述二维模型结构为具有不同直径的圆形结构、不同尺寸的矩形结构。
33.根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述二维模型结构为具有不同直径的圆形结构、不同尺寸的矩形结构。
34.根据权利要求13所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述二维模型结构为具有不同直径的圆形结构、不同尺寸的矩形结构。
35.根据权利要求18所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述二维模型结构为具有不同直径的圆形结构、不同尺寸的矩形结构。
36.根据权利要求19所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述二维模型结构为具有不同直径的圆形结构、不同尺寸的矩形结构。
37.根据权利要求26所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述二维模型结构为具有不同直径的圆形结构、不同尺寸的矩形结构。
38.根据权利要求29所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述二维模型结构为具有不同直径的圆形结构、不同尺寸的矩形结构。
39.根据权利要求30所述的制备方法，其特征在于，所述二维模型结构的直径为微纳米级。
40.根据权利要求31所述的制备方法，其特征在于，所述二维模型结构的直径为微纳米级。
41.根据权利要求39所述的制备方法，其特征在于，所述二维模型结构的直径为100nm～1000nm。
42.根据权利要求40所述的制备方法，其特征在于，所述二维模型结构的直径为100nm～1000nm。
43.根据权利要求1至4中任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述底部源电极形成欧姆接触或肖特基接触。
44.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述底部源电极形成欧姆接触或肖特基接触。
45.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述底部源电极形成欧姆接触或肖特基接触。
46.根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述底部源电极形成欧姆接触或肖特基接触。
47.根据权利要求13所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述底部源电极形成欧姆接触或肖特基接触。
48.根据权利要求18所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述底部源电极形成欧姆接触或肖特基接触。
49.根据权利要求19所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述底部源电极形成欧姆接触或肖特基接触。
50.根据权利要求26所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述底部源电极形成欧姆接触或肖特基接触。
51.根据权利要求29所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述底部源电极形成欧姆接触或肖特基接触。
52.根据权利要求30所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述底部源电极形成欧姆接触或肖特基接触。
53.根据权利要求40所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述底部源电极形成欧姆接触或肖特基接触。
54.根据权利要求43所述的制备方法，其特征在于，所述底部源电极的材料选自以下一种或多种：Al，Au/Ti。
55.根据权利要求44所述的制备方法，其特征在于，所述底部源电极的材料选自以下一种或多种：Al，Au/Ti。
56.根据权利要求1至4中任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(5)中，所述栅介质层材料为介电系数在8以上的高K材料。
57.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(5)中，所述栅介质层材料为介电系数在8以上的高K材料。
58.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤(5)中，所述栅介质层材料为介电系数在8以上的高K材料。
59.根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于，步骤(5)中，所述栅介质层材料为介电系数在8以上的高K材料。
60.根据权利要求13所述的制备方法，其特征在于，步骤(5)中，所述栅介质层材料为介电系数在8以上的高K材料。
61.根据权利要求18所述的制备方法，其特征在于，步骤(5)中，所述栅介质层材料为介电系数在8以上的高K材料。
62.根据权利要求19所述的制备方法，其特征在于，步骤(5)中，所述栅介质层材料为介电系数在8以上的高K材料。
63.根据权利要求26所述的制备方法，其特征在于，步骤(5)中，所述栅介质层材料为介电系数在8以上的高K材料。
64.根据权利要求29所述的制备方法，其特征在于，步骤(5)中，所述栅介质层材料为介电系数在8以上的高K材料。
65.根据权利要求30所述的制备方法，其特征在于，步骤(5)中，所述栅介质层材料为介电系数在8以上的高K材料。
66.根据权利要求40所述的制备方法，其特征在于，步骤(5)中，所述栅介质层材料为介电系数在8以上的高K材料。
67.根据权利要求43所述的制备方法，其特征在于，步骤(5)中，所述栅介质层材料为介电系数在8以上的高K材料。
68.根据权利要求55所述的制备方法，其特征在于，步骤(5)中，所述栅介质层材料为介电系数在8以上的高K材料。
69.根据权利要求56所述的制备方法，其特征在于，所述高K材料选自以下一种或多种：Al2O3、HfO2、ZrO2。
70.根据权利要求57所述的制备方法，其特征在于，所述高K材料选自以下一种或多种：Al2O3、HfO2、ZrO2。
71.根据权利要求69所述的制备方法，其特征在于，所述高K材料为Al2O3。
72.根据权利要求70所述的制备方法，其特征在于，所述高K材料为Al2O3。
73.根据权利要求1至4中任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(7)和(9)中，所述回刻工艺包括以下步骤：
旋涂光刻胶，通过去除胶，使样品露出，再进行进一步沉积或刻蚀。
74.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(7)和(9)中，所述回刻工艺包括以下步骤：
旋涂光刻胶，通过去除胶，使样品露出，再进行进一步沉积或刻蚀。
75.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤(7)和(9)中，所述回刻工艺包括以下步骤：
旋涂光刻胶，通过去除胶，使样品露出，再进行进一步沉积或刻蚀。
76.根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于，步骤(7)和(9)中，所述回刻工艺包括以下步骤：
旋涂光刻胶，通过去除胶，使样品露出，再进行进一步沉积或刻蚀。
77.根据权利要求13所述的制备方法，其特征在于，步骤(7)和(9)中，所述回刻工艺包括以下步骤：
旋涂光刻胶，通过去除胶，使样品露出，再进行进一步沉积或刻蚀。
78.根据权利要求18所述的制备方法，其特征在于，步骤(7)和(9)中，所述回刻工艺包括以下步骤：
旋涂光刻胶，通过去除胶，使样品露出，再进行进一步沉积或刻蚀。
79.根据权利要求19所述的制备方法，其特征在于，步骤(7)和(9)中，所述回刻工艺包括以下步骤：
旋涂光刻胶，通过去除胶，使样品露出，再进行进一步沉积或刻蚀。
80.根据权利要求26所述的制备方法，其特征在于，步骤(7)和(9)中，所述回刻工艺包括以下步骤：
旋涂光刻胶，通过去除胶，使样品露出，再进行进一步沉积或刻蚀。
81.根据权利要求29所述的制备方法，其特征在于，步骤(7)和(9)中，所述回刻工艺包括以下步骤：
旋涂光刻胶，通过去除胶，使样品露出，再进行进一步沉积或刻蚀。
82.根据权利要求30所述的制备方法，其特征在于，步骤(7)和(9)中，所述回刻工艺包括以下步骤：
旋涂光刻胶，通过去除胶，使样品露出，再进行进一步沉积或刻蚀。
83.根据权利要求40所述的制备方法，其特征在于，步骤(7)和(9)中，所述回刻工艺包括以下步骤：
旋涂光刻胶，通过去除胶，使样品露出，再进行进一步沉积或刻蚀。
84.根据权利要求43所述的制备方法，其特征在于，步骤(7)和(9)中，所述回刻工艺包括以下步骤：
旋涂光刻胶，通过去除胶，使样品露出，再进行进一步沉积或刻蚀。
85.根据权利要求55所述的制备方法，其特征在于，步骤(7)和(9)中，所述回刻工艺包括以下步骤：
旋涂光刻胶，通过去除胶，使样品露出，再进行进一步沉积或刻蚀。
86.根据权利要求56所述的制备方法，其特征在于，步骤(7)和(9)中，所述回刻工艺包括以下步骤：
旋涂光刻胶，通过去除胶，使样品露出，再进行进一步沉积或刻蚀。
87.根据权利要求69所述的制备方法，其特征在于，步骤(7)和(9)中，所述回刻工艺包括以下步骤：
旋涂光刻胶，通过去除胶，使样品露出，再进行进一步沉积或刻蚀。
88.根据权利要求70所述的制备方法，其特征在于，步骤(7)和(9)中，所述回刻工艺包括以下步骤：
旋涂光刻胶，通过去除胶，使样品露出，再进行进一步沉积或刻蚀。
89.根据权利要求1至4中任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(8)中，所述二次回刻工艺包括以下步骤：
旋涂光刻胶，通过去除胶，使样品露出，通过蒸镀沉积栅极金属，溶脱后，再次利用回刻工艺，将顶部金属去除，得到悬空环栅电极。
90.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(8)中，所述二次回刻工艺包括以下步骤：
旋涂光刻胶，通过去除胶，使样品露出，通过蒸镀沉积栅极金属，溶脱后，再次利用回刻工艺，将顶部金属去除，得到悬空环栅电极。
91.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤(8)中，所述二次回刻工艺包括以下步骤：
旋涂光刻胶，通过去除胶，使样品露出，通过蒸镀沉积栅极金属，溶脱后，再次利用回刻工艺，将顶部金属去除，得到悬空环栅电极。
92.根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于，步骤(8)中，所述二次回刻工艺包括以下步骤：
旋涂光刻胶，通过去除胶，使样品露出，通过蒸镀沉积栅极金属，溶脱后，再次利用回刻工艺，将顶部金属去除，得到悬空环栅电极。
93.根据权利要求13所述的制备方法，其特征在于，步骤(8)中，所述二次回刻工艺包括以下步骤：
旋涂光刻胶，通过去除胶，使样品露出，通过蒸镀沉积栅极金属，溶脱后，再次利用回刻工艺，将顶部金属去除，得到悬空环栅电极。
94.根据权利要求18所述的制备方法，其特征在于，步骤(8)中，所述二次回刻工艺包括以下步骤：
旋涂光刻胶，通过去除胶，使样品露出，通过蒸镀沉积栅极金属，溶脱后，再次利用回刻工艺，将顶部金属去除，得到悬空环栅电极。
95.根据权利要求19所述的制备方法，其特征在于，步骤(8)中，所述二次回刻工艺包括以下步骤：
旋涂光刻胶，通过去除胶，使样品露出，通过蒸镀沉积栅极金属，溶脱后，再次利用回刻工艺，将顶部金属去除，得到悬空环栅电极。
96.根据权利要求26所述的制备方法，其特征在于，步骤(8)中，所述二次回刻工艺包括以下步骤：
旋涂光刻胶，通过去除胶，使样品露出，通过蒸镀沉积栅极金属，溶脱后，再次利用回刻工艺，将顶部金属去除，得到悬空环栅电极。
97.根据权利要求29所述的制备方法，其特征在于，步骤(8)中，所述二次回刻工艺包括以下步骤：
旋涂光刻胶，通过去除胶，使样品露出，通过蒸镀沉积栅极金属，溶脱后，再次利用回刻工艺，将顶部金属去除，得到悬空环栅电极。
98.根据权利要求30所述的制备方法，其特征在于，步骤(8)中，所述二次回刻工艺包括以下步骤：
旋涂光刻胶，通过去除胶，使样品露出，通过蒸镀沉积栅极金属，溶脱后，再次利用回刻工艺，将顶部金属去除，得到悬空环栅电极。
99.根据权利要求40所述的制备方法，其特征在于，步骤(8)中，所述二次回刻工艺包括以下步骤：
旋涂光刻胶，通过去除胶，使样品露出，通过蒸镀沉积栅极金属，溶脱后，再次利用回刻工艺，将顶部金属去除，得到悬空环栅电极。
100.根据权利要求43所述的制备方法，其特征在于，步骤(8)中，所述二次回刻工艺包括以下步骤：
旋涂光刻胶，通过去除胶，使样品露出，通过蒸镀沉积栅极金属，溶脱后，再次利用回刻工艺，将顶部金属去除，得到悬空环栅电极。
101.根据权利要求55所述的制备方法，其特征在于，步骤(8)中，所述二次回刻工艺包括以下步骤：
旋涂光刻胶，通过去除胶，使样品露出，通过蒸镀沉积栅极金属，溶脱后，再次利用回刻工艺，将顶部金属去除，得到悬空环栅电极。
102.根据权利要求56所述的制备方法，其特征在于，步骤(8)中，所述二次回刻工艺包括以下步骤：
旋涂光刻胶，通过去除胶，使样品露出，通过蒸镀沉积栅极金属，溶脱后，再次利用回刻工艺，将顶部金属去除，得到悬空环栅电极。
103.根据权利要求69所述的制备方法，其特征在于，步骤(8)中，所述二次回刻工艺包括以下步骤：
旋涂光刻胶，通过去除胶，使样品露出，通过蒸镀沉积栅极金属，溶脱后，再次利用回刻工艺，将顶部金属去除，得到悬空环栅电极。
104.根据权利要求70所述的制备方法，其特征在于，步骤(8)中，所述二次回刻工艺包括以下步骤：
旋涂光刻胶，通过去除胶，使样品露出，通过蒸镀沉积栅极金属，溶脱后，再次利用回刻工艺，将顶部金属去除，得到悬空环栅电极。
105.根据权利要求73所述的制备方法，其特征在于，步骤(8)中，所述二次回刻工艺包括以下步骤：
旋涂光刻胶，通过去除胶，使样品露出，通过蒸镀沉积栅极金属，溶脱后，再次利用回刻工艺，将顶部金属去除，得到悬空环栅电极。
106.根据权利要求89所述的制备方法，其特征在于，所述蒸镀方法采用倾角沉积。
107.根据权利要求90所述的制备方法，其特征在于，所述蒸镀方法采用倾角沉积。
108.根据权利要求1至4中任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(10)和(11)中，所述金属纳米线的材料选自以下一种或多种：Pt、W。
109.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(10)和(11)中，所述金属纳米线的材料选自以下一种或多种：Pt、W。
110.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤(10)和(11)中，所述金属纳米线的材料选自以下一种或多种：Pt、W。
111.根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于，步骤(10)和(11)中，所述金属纳米线的材料选自以下一种或多种：Pt、W。
112.根据权利要求13所述的制备方法，其特征在于，步骤(10)和(11)中，所述金属纳米线的材料选自以下一种或多种：Pt、W。
113.根据权利要求18所述的制备方法，其特征在于，步骤(10)和(11)中，所述金属纳米线的材料选自以下一种或多种：Pt、W。
114.根据权利要求19所述的制备方法，其特征在于，步骤(10)和(11)中，所述金属纳米线的材料选自以下一种或多种：Pt、W。
115.根据权利要求26所述的制备方法，其特征在于，步骤(10)和(11)中，所述金属纳米线的材料选自以下一种或多种：Pt、W。
116.根据权利要求29所述的制备方法，其特征在于，步骤(10)和(11)中，所述金属纳米线的材料选自以下一种或多种：Pt、W。
117.根据权利要求30所述的制备方法，其特征在于，步骤(10)和(11)中，所述金属纳米线的材料选自以下一种或多种：Pt、W。
118.根据权利要求40所述的制备方法，其特征在于，步骤(10)和(11)中，所述金属纳米线的材料选自以下一种或多种：Pt、W。
119.根据权利要求43所述的制备方法，其特征在于，步骤(10)和(11)中，所述金属纳米线的材料选自以下一种或多种：Pt、W。
120.根据权利要求55所述的制备方法，其特征在于，步骤(10)和(11)中，所述金属纳米线的材料选自以下一种或多种：Pt、W。
121.根据权利要求56所述的制备方法，其特征在于，步骤(10)和(11)中，所述金属纳米线的材料选自以下一种或多种：Pt、W。
122.根据权利要求69所述的制备方法，其特征在于，步骤(10)和(11)中，所述金属纳米线的材料选自以下一种或多种：Pt、W。
123.根据权利要求70所述的制备方法，其特征在于，步骤(10)和(11)中，所述金属纳米线的材料选自以下一种或多种：Pt、W。
124.根据权利要求73所述的制备方法，其特征在于，步骤(10)和(11)中，所述金属纳米线的材料选自以下一种或多种：Pt、W。
125.根据权利要求89所述的制备方法，其特征在于，步骤(10)和(11)中，所述金属纳米线的材料选自以下一种或多种：Pt、W。
126.根据权利要求107所述的制备方法，其特征在于，步骤(10)和(11)中，所述金属纳米线的材料为Pt。
127.根据权利要求108所述的制备方法，其特征在于，步骤(10)和(11)中，所述金属纳米线的材料为Pt。
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