CN111584655B - 一种改善欧姆接触的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了半导体技术领域内的一种改善欧姆接触的方法，包括高温电激励处理步骤，具体如下：将二维半导体晶体管器件温度升高至410‑450K并保持，同时对所述二维半导体晶体管器件中的二维半导体两端电极持续施加电压，随后停止施加电压并将所述二维半导体晶体管器件温度降低至室温。本方法通过在410‑450K温度下对二维半导体持续施加电压的方式改进二维半导体欧姆接触，提高了二维半导体晶体管器件整体性能，同时本方法属于器件制备的后端工艺，具有操作简单、耗时短、可靠性高等优点。

Description

一种改善欧姆接触的方法
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种改善欧姆接触的方法。
背景技术
二维半导体材料由于其独特的光电性能，近年来在光电子领域受到广泛关注。如石墨烯、过渡金属硫化物、黑磷等二维半导体材料，基于该类材料的新效应、新机理的新型光电子器件被不断开发出来，为新一代光电技术应用奠定良好基础。其中，过渡金属硫化物是一类典型的半导体材料，具有1-2eV的禁带宽度，在纳米光电子器件的设计中，展现出可调谐的光学特性、机械柔性、耐击穿电压等特点，此外，结合不同的二维半导体构建的范德华异质结器件，为多功能器件应用开发提供更广泛的途径。
场效应晶体管是二维半导体光电子器件设计中普遍使用的一种典型器件结构，二维半导体与金属之间的电接触对于器件的最终性能具有决定性作用，包括开态电流、光电流、高频信号处理、迁移率等。然而，在大多数的二维半导体场效应晶体管器件中，通常在二维半导体和金属之间由于工艺等原因，存在界面杂质等，而二维半导体和金属之间也很难形成相互扩散，二维半导体和三维金属电极之间较大的接触电阻往往会严重影响器件性能。
对于传统半导体材料，实施掺杂是降低接触电阻的有效方法，但该方法并不适用于二维半导体材料，此外，由于二维半导体材料表面缺少悬挂键，很难与金属材料形成化学键，因而导致接触电阻增大。
发明内容
本申请通过提供一种改善欧姆接触的方法，利用高温电激励的方式改善二维半导体晶体管器件的欧姆接触，用以解决二维半导体材料如何降低欧姆接触的问题，该高温电激励的方式属于器件制备的后端工艺，能够有效降低二维半导体接触电阻，提高二维半导体晶体管器件整体性能。
本申请实施例提供了一种改善欧姆接触的方法，包括高温电激励处理步骤，具体如下：
将二维半导体晶体管器件温度升高至410-450K并保持，同时对所述二维半导体晶体管器件中的二维半导体两端电极持续施加电压，随后停止施加电压并将所述二维半导体晶体管器件温度降低至室温。
上述改善欧姆接触的方法有益效果在于：通过对二维半导体两端施加电压并保持的方式将二维半导体和金属之间的杂质进一步消除，从而改进二维半导体的欧姆接触；同时在410-450K高温状态下施加电激励更加有助于消除界面因素导致的接触不良，因此，本方法针对二维半导体材料，在高温下对二维半导体进行电激励能更好地改善欧姆接触；此外通常二维半导体晶体管器件需在475K温度下进行退火处理，本技术方案温度低于475K，因此减少了二维半导体的损伤几率，可循环操作；另外本技术方案中高温电激励步骤属于器件制备的后端工艺，能够有效改进降低接触电阻，提高器件整体性能，具有操作简单、耗时短、可靠性高等优点。
针对上述改善欧姆接触的方法，还可以进一步改进，具体如下：
在本申请其中一个实施例中，所述电压不大于5V。施加电压高于5V容易导致二极管半导体损伤。
在本申请其中一个实施例中，所述施加电压持续的时间为5-10s。施加电压持续时间少于5s，改善欧姆接触效果不明显；施加电压持续时间多于10s，容易引起二极管半导体损伤。
在本申请其中一个实施例中，所述二维半导体晶体管器件的制备方法包括以下步骤：
S1.衬底准备；
S2.在步骤S1中衬底上制备埋栅电极；
S3.在步骤S1中衬底上制备绝缘栅电介质，栅电介质包覆S2中的埋栅电极；
S4.制备二维半导体，再将二维半导体转移至步骤S3中的栅电介质上；
S5.在步骤S4中的二维半导体两端分别制备源、漏电极图形，再依照源、漏电极图形，制备金属源极和金属漏极，从而制得二维半导体晶体管器件。
在本申请其中一个实施例中，所述步骤S1中，所述衬底材质是高阻硅、石英片或蓝宝石，优选为高阻硅。
在本申请其中一个实施例中，所述步骤S1中，所述衬底需要依次用丙酮、无水酒精、去离子水清洗。
在本申请其中一个实施例中，所述步骤S3中，栅电介质材质是二氧化硅、三氧化二铝或二氧化铪。
在本申请其中一个实施例中，所述步骤S4中二维半导体的厚度为1-10nm，所述步骤S5中电极厚度为50-100nm。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
1.通过对二维半导体持续施加电压的方式改进二维半导体欧姆接触，提高了二维半导体晶体管器件整体性能；
2.在对二维半导体持续施加电压的同时使二维半导体保持在高温状态下，从而更好的改善其欧姆接触；
3.通常二维半导体晶体管器件需在475K温度下进行退火处理，本方法温度为410-450K，低于475K，因此减少了二维半导体的损伤几率，可循环操作；
4.本方法中的高温电激励步骤属于二维半导体晶体管器件制备的后端工艺，具有操作简单、耗时短、可靠性高的优点。
附图说明
图1为二维半导体晶体管器件结构示意图；
图2为实施例五中二维半导体晶体管器件在高温电激励处理前后的沟道电流大小对比图；
图3为实施例六中在室温310K和高温430K下的二维半导体电流电压数据对比图。
其中，1.绝缘衬底，2.埋栅电极、3.栅电介质、4.二维半导体、5.金属源极、6.金属漏极。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解这些实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本发明描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
本申请实施例通过提供一种改善欧姆接触的方法，利用高温电激励的方式改善二维半导体欧姆接触，用以解决二维半导体材料如何降低欧姆接触的问题，该高温电激励的方式属于器件制备的后端工艺，能够有效降低二维半导体接触电阻，提高二维半导体晶体管器件整体性能。
本申请实施例中的技术方案为解决上述问题，总体思路如下：
实施例一：
如图1所示，一种二维半导体晶体管器件的制备方法，包括以下步骤：
S1.衬底准备：将绝缘衬底1依次用丙酮、无水酒精、去离子水清洗，绝缘衬底1材质是高阻硅、石英片或蓝宝石，此处选用高阻硅；
S2.埋栅电极制备：在步骤S1中清洗后的绝缘衬底1上采用金属掩模法结合热蒸发来制备埋栅电极2，埋栅电极2材质为钛/金，其中下层为厚5nm的钛，上层为厚15nm的金；
S3.栅电介质制备：在步骤S1中清洗后的绝缘衬底1上采用原子层沉积技术制备绝缘栅电介质3，栅电介质3包覆步骤S2中的埋栅电极2，栅电介质3材料是二氧化硅、三氧化二铝或二氧化铪，此处选用厚30nm的二氧化铪；
S4.二维半导体制备：利用定点转移技术制备二维半导体4，再将二维半导体4转移至步骤S3中的栅电介质3上，二维半导体4材质为此处选用厚度为5nm的二硫化钼；
S5.源漏电极制备：利用紫外光刻或电子束光刻法在步骤S4中的二维半导体4两端分别制备源、漏电极图形，再依照源、漏电极图形，采用热蒸发或电子束蒸发技术并结合剥离技术制备金属源极5和金属漏极6，金属源极5和金属漏极6材料为铬/金，其中下层为厚15nm的铬，上层为厚45nm的金，至此制得二维半导体晶体管器件。
实施例二：
一种改善欧姆接触的方法，包括高温电激励处理步骤，具体如下：
将实施例一中步骤S5制得的二维半导体晶体管器件置于变温探针台，抽真空后将温度升高至450K并保持，同时再对所述二维半导体晶体管器件中的二维半导体两端电极持续施加0.5V的电压，施加电压持续10s，再将所述二维半导体晶体管器件温度降低至室温。
经上述高温电激励处理后，二维半导体的欧姆接触明显降低，有效提高了二维半导体晶体管器件整体性能。
实施例三：
一种改善欧姆接触的方法，包括高温电激励处理步骤，具体如下：
将实施例一中步骤S5制得的二维半导体晶体管器件置于变温探针台，抽真空后将温度升高至430K并保持，同时再对所述二维半导体晶体管器件中的二维半导体两端电极持续施加5V的电压，施加电压持续7s，再将所述二维半导体晶体管器件温度降低至室温。
经上述高温电激励处理后，二维半导体的欧姆接触明显降低，有效提高了二维半导体晶体管器件整体性能。
实施例四：
一种改善欧姆接触的方法，包括高温电激励处理步骤，具体如下：
将实施例一中步骤S5制得的二维半导体晶体管器件置于变温探针台，抽真空后将温度升高至410K并保持，同时再对所述二维半导体晶体管器件中的二维半导体两端电极持续施加2V的电压，施加电压持续5s，再将所述二维半导体晶体管器件温度降低至室温。
经上述高温电激励处理后，二维半导体的欧姆接触明显降低，有效提高了二维半导体晶体管器件整体性能。
实施例五：
对实施例一制得的二维半导体晶体管器件和经实施例四高温电激励处理后的二维半导体晶体管器件分别进行沟道电阻检测；检测方法如下：将待检测二维半导体晶体管器件置于变温探针台，在真空条件下测试该器件于当前室温条件下的输出特性；检测结果如图2所示。图2中虚线表示高温电激励处理前的二维半导体晶体管器件的输出特性，电压为1V时该器件的沟道电阻为3.8兆欧；实线表示高温电激励处理后的二维半导体晶体管器件的输出特性，电压为1V时该器件的沟道电阻为1兆欧。
经高温电激励处理后的二维半导体晶体管器件的沟道电阻由3.8兆欧降低至1兆欧，其欧姆接触被明显降低，充分表明高温电激励处理可以有效改善二维半导体器件的欧姆接触。
实施例六：
在室温310K和高温430K下分别对实施例一制得的二维半导体晶体管器件持续施加1V电压并保持10S，随后分别进行沟道电阻检测；检测方法如实施例五所述；检测结果如图3所示，图3中，虚线表示在室温310K条件下施加电激励后的二维半导体晶体管器件的输出特性，电压为1V时该器件的沟道电阻为3.8兆欧；实线表示在室温430K条件下施加电激励后的二维半导体晶体管器件的输出特性，电压为1V时该器件的沟道电阻为0.5兆欧。
明显可见，在室温下施加电激励欧姆接触并没有改善，在高温状态下施加电激励,有利于改善二维半导体的欧姆接触。
上述本申请实施例中的技术方案，利用高温电激励的方式改进二维半导体欧姆接触，提高二维半导体晶体管器件整体性能，具有方法操作简单、耗时短、可靠性高等优点。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (7)

1.一种改善欧姆接触的方法，其特征在于，包括高温电激励处理步骤，具体如下：
将二维半导体晶体管器件温度升高至410-450K并保持，同时对所述二维半导体晶体管器件中的二维半导体两端电极持续施加电压，随后停止施加电压并将所述二维半导体晶体管器件温度降低至室温，所述电压不大于5V。
2.根据权利要求1所述的改善欧姆接触的方法，其特征在于：所述施加电压持续的时间为5-10s。
3.根据权利要求1-2任一所述的改善欧姆接触的方法，其特征在于：所述二维半导体晶体管器件的制备方法包括以下步骤：
S1.衬底准备；
S2.在步骤S1中衬底上制备埋栅电极；
S3.在步骤S1中衬底上制备绝缘栅电介质，栅电介质包覆S2中的埋栅电极；
S4.制备二维半导体，再将二维半导体转移至步骤S3中的栅电介质上；
S5.在步骤S4中的二维半导体两端分别制备源、漏电极图形，再依照源、漏电极图形，制备金属源极和金属漏极，从而制得二维半导体晶体管器件。
4.根据权利要求3所述的改善欧姆接触的方法，其特征在于：所述步骤S1中，所述衬底材质是高阻硅、石英片或蓝宝石。
5.根据权利要求3所述的改善欧姆接触的方法，其特征在于：所述步骤S1中，所述衬底需要依次用丙酮、无水酒精、去离子水清洗。
6.根据权利要求3所述的改善欧姆接触的方法，其特征在于：所述步骤S3中，栅电介质材质是二氧化硅、三氧化二铝或二氧化铪。
7.根据权利要求3所述的改善欧姆接触的方法，其特征在于：所述步骤S4中二维半导体的厚度为1-10nm，所述步骤S5中电极厚度为50-100nm。
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