CN117012630A - 基于双氧水氧化的场效应晶体管栅极电介质的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于双氧水氧化的场效应晶体管栅极电介质的制备方法，所述制备方法包括：提供二维碲烯；将二维碲烯置于硅/二氧化硅基底上，得到第一样品；在第一样品的两端制备源极和漏极，得到两端器件；在源极和漏极间生成场效应晶体管栅极电介质：清洗两端器件，并放入体积浓度大于等于3%的双氧水溶液中3‑4小时，烘干、冷却。本发明方法利用碲自身氧化的特征，在沟道层上面形成一直致密的氧化膜电介质层，该方法简单、易于重复，并且制备出的栅极对电流的控制能力较强，本发明为碲烯未来工业化大规模的应用提供了一个新的技术手段。
Description
技术领域
本发明涉及半导体器件的场效应晶体管制备领域，尤其涉及一种基于双氧水氧化的碲烯场效应晶体管栅极电介质的制备方法。
背景技术
芯片一直是半导体工业的重点需要发展的方向。提高单位面积的晶体管数量可以减少原件尺寸，提高芯片速度本。小的芯片尺寸不仅可以减小电子设备的尺寸提高便携性能，同时随着器件的微型化，晶体管集成度提高，芯片的功耗随着越来越低。传统的场效应晶体管通常基于硅锗这类三维材料或者说是体材料，这类材料在制造小尺寸的晶体管的时候，制造的工艺和制程会变得非常困难。早在2000年的时候就有人曾经指出晶体管数目的增长会逐渐变慢。2010国际半导体工业路线图明显可以看到这个增长速度逐渐放缓。为了解决以上问题，利用新的材料来缩小尺寸提高集成度是一个高效的办法。2004年石墨烯的出现让二维材料在电子领域也大放光彩。类似的原子级厚度导体、绝缘体和半导体被相应发现，半导体二维材料超薄的厚度方向、高的迁移率和电流开关比使它成为替代传统硅的热门材料之一。
原子级厚度的碲烯场效应晶体管具有700cm2/Vs的室温迁移率，以及106的电流开关比。更为特殊的是，碲烯在空气下十分稳定，碲烯场效应晶体管在室温的情况下暴露在空气中两个月，其性能几乎没有任何变化。
但是要把碲烯场效应晶体管推入工业化流程需要很多工艺上的突破，其中，如何简便高效地制备顶栅电介质层成为亟待解决的问题。
在半导体工业线上，常用气相法制备氧化层来作为介质层。通常采用PVD或者ALD，其中ALD生长薄膜的质量较高，能有效的防止漏电情况发生。但是这些工艺都对设备和成本有较高要求，而且，它们的生长速度较慢，影响整个工艺线的进行。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供了一种基于双氧水氧化的场效应晶体管栅极电介质的制备方法。
根据本发明实施例的第一方面，提供了一种基于双氧水氧化的场效应晶体管栅极电介质的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
提供二维碲烯；将二维碲烯置于硅/二氧化硅基底上，得到第一样品；
在第一样品的两端制备源极和漏极，得到两端器件；
在源极和漏极间生成场效应晶体管栅极电介质：清洗两端器件，并放入体积浓度大于等于3%的双氧水溶液中3-4小时，烘干、冷却。
进一步地，提供二维碲烯包括：将0.1g亚碲酸钠和0.5g分子量为58000的聚乙烯吡咯烷酮溶解在33mL的去离子水中，充分搅拌，形成浓度为0.014mol/L的第一溶液，随后将1.65mL水合肼和3.3mL氨水混合形成第二溶液加入到第一溶液中，并放入水热反应容器，密封后在160℃烘箱中反应30个小时取出，并用丙酮和异丙醇反复清洗多次，得到产物二维碲烯。
进一步地，清洗两端器件包括：利用丙酮和异丙醇清洗两端器件。
进一步地，双氧水溶液的体积浓度为30%，氧化时间为3小时。
进一步地，烘干的温度设置为200-360℃，烘干时间为1-3小时。
进一步地，烘干的温度设置为300℃，烘干时间为2小时。
根据本发明实施例的第二方面，提供了一种碲烯场效应晶体管，包括：衬底，衬底上表面的两侧分别设置有源极和漏极，衬底上表面还设置有上述的制备方法制得的栅极电介质，栅极电介质的上表面设置有栅电极。
根据本发明实施例的第三方面，提供了一种芯片，包括芯片主体和上述的碲烯场效应晶体管，其中，所述碲烯场效应晶体管设置于所述芯片主体上。
根据本发明实施例的第四方面，提供了一种电路，包括电路板主体和上述的芯片，其中，所述芯片设置于所述电路板主体上。
根据本发明实施例的第五方面，提供了一种设备，包括外壳和上述的电路，其中，所述电路设置于所述外壳上。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
（1）本发明针对碲烯场效应晶体管的顶栅电介质提供了一种制备方法，利用碲烯自身的氧化的特征，在沟道层上面形成一直致密的氧化膜电介质层来实现。本发明制备的顶栅电介质层经过电学测试，起到了较好的电流绝缘效果。同时，可以通过简单的顶栅在较低的电压下就能调制源漏之间的电流大小达到开关作用。
（2）本发明的工艺简单可控、制备周期短、安全无污染、廉价。根据实际的生产要求，可以灵活地制备晶圆级的氧化膜顶栅电介质，不依赖PVD，ALD等较昂贵和耗时的设备，为碲烯未来工业化大规模的应用提供了一个新的技术手段，是未来碲烯场效应晶体管工业化后的一个重要探索方向。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的基于双氧水氧化的场效应晶体管栅极电介质的制备方法的流程示意图；
图2是本发明实施例提供的形成栅极电介质的流程示意图；
图3是本发明实施例1得到的二维碲烯的显微镜照片；
图4是本发明实施例1得到的二维碲烯的拉曼散射结果图；
图5是本发明实施例1得到的二维碲烯场效应晶体管的显微镜照片；
图6是本发明实施例1得到的二维碲烯成同一列的碲烯场效应晶体管显微镜照片；
图7是本发明实施例1得到的二维碲烯场效应晶体管的栅源极电流电压曲线图；
图8是本发明实施例1得到的二维碲烯场效应晶体管的转移特征曲线图；
图9是本发明实施例2得到的二维碲烯场效应晶体管的栅源极电流电压曲线图；
图10是本发明实施例3得到的二维碲烯场效应晶体管的栅源极电流电压曲线图；
图11是本发明实施例5得到的二维碲烯场效应晶体管的栅源极电流电压曲线图。
图中，1-二维碲烯；2-硅；3-二氧化硅；4-源极；5-漏极；6-氧化碲；7-栅极。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。
在本发明使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
应当理解，尽管在本发明可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本发明范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。
下面结合附图，对本发明进行详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施方式中的特征可以相互组合。
本发明实施例提供了一种基于双氧水氧化的场效应晶体管栅极电介质的制备方法，采用该方法制备出的栅极可以有效的控制源漏极电流。本发明方法针对二维碲烯做为沟道层的场效应晶体管，通过碲烯被双氧水氧化后，在沟道层表面形成一层保护层，该保护层在经过退火处理后变得致密，形成栅极电介质层。该致密氧化层具有电介质层的保护效果，同时，本发明方法重复性好，低成本，易于在今后在工业界中对碲烯场效应晶体管栅极电介质的大量生产。
如图1和图2所示，所述制备方法具体包括以下步骤：
步骤S1，提供单晶二维碲烯1；将二维碲烯1置于硅2/二氧化硅3基底上，得到第一样品。
在本发明实施例中，均采用《Wang Yixiu, Qiu Gang, Wang Ruoxing, et al.Field-effect transistors made from solution-grown two-dimensional tellurene[J]. Nature Electronics, 2018, 1(4): 228-236. doi: 10.1038/s41928-018-0058-4》中的步骤制备二维碲烯。包括：
将0.1g亚碲酸钠和0.5g分子量为58000的聚乙烯吡咯烷酮溶解在33mL的电导率为18.2MΩ•cm的去离子水中，在磁力搅拌器下搅拌30分钟，形成浓度为0.014mol/L的溶液A，随后将1.65mL水合肼和3.3mL氨水混合形成溶液B加入到溶液A中，并放入水热反应容器，密封后在160℃烘箱中反应30个小时取出，得到产物二维碲烯，并用丙酮和异丙醇反复清洗多次，将产物二维碲烯转移到100nm SiO2/Si P++的基底上。
进一步地，所述水热反应容器选用反应釜、电压力锅、汤锅或者烧杯。
步骤S2，在第一样品的两端制备源极4和漏极5，得到两端器件。
步骤S3，在源极4和漏极5间生成场效应晶体管栅极电介质：利用丙酮和异丙醇清洗两端器件，并放入体积浓度大于等于3%的双氧水溶液中3-4小时，烘干、冷却，在源极4和漏极5间生成氧化碲6，所述氧化碲6为一致密的氧化膜作为场效应晶体管栅极电介质。本发明方法利用碲自身氧化的特征，在沟道层上面形成一直致密的氧化膜电介质层。
进一步地，双氧水溶液的体积浓度优选为30%，氧化时间优选为3小时。
进一步地，烘干的温度设置为200-360℃，烘干时间为1-3小时。优选地，烘干的温度设置为300℃，烘干时间为2小时。
步骤S3，在源漏两极之间、场效应晶体管栅极电介质的上部制备栅极7。
实施例1
本实施例1为优选方案，具体包括以下步骤：
步骤S1，提供单晶二维碲烯1；将二维碲烯置于硅2/二氧化硅3基底上，得到第一样品。图3是单晶二维碲烯在显微镜下的基本形貌。图4是单晶二维碲烯的拉曼散射表征图。
步骤S2，将步骤S1得到的二维碲烯通过标准的微纳加工流程（甩胶-曝光-显影-蒸镀），制备出带有源漏两个金电极的简单的两端器件。如图2中的（A）所示。
步骤S3，在源极4和漏极5间生成场效应晶体管栅极电介质：将该两端器件用丙酮和异丙醇反复清洗后，放入30%体积浓度的双氧水中3个小时后，放入300OC的烘箱烘干时间为2小时后取出自然冷却备用。如图2中的（B）所示，在源极4和漏极5间生成氧化碲6，所述氧化碲6为一致密的氧化膜作为场效应晶体管栅极电介质。
步骤S4，继续通过标准的微纳加工流程（甩胶-曝光-显影-蒸镀）在源漏两极之间、场效应晶体管栅极电介质的上部制备出顶栅极7，如图2中的（C）所示。图5是本实例中得到实际的器件显微镜图片。同时，为了研究该优选例中，该方法在同一个二维纳米碲片上的均匀性，还做了多个源漏极和顶电极，其显微镜图片如图6所示。
步骤S5，用探针台和半导体测试仪进行标准的半导体测试：首先测试源漏电极之间的电流电压曲线，测试后的IV曲线图如图7所示。再测试栅极与源极之间的电流电压曲线判断是否断路。最后，由于形成了一层介电层使得栅源极断路，在本实例分别采用0.05V、0.5V、1V的源电压测试该顶栅电极场效应晶体管的转移特征曲线，如图8所示，通常FET测试中会涉及0.05V和1V这两种源电压，低源电压是为了得到FET的亚阈特性，即当门极-源极电压接近或小于FET的阈值电压时的行为。高源电压测试通常用于评估FET的饱和（saturation）特性，即当门极-源极电压大于FET的阈值电压时的行为。在本实例中，在0.05V、0.5V、1V的源电压下均表现出较好的栅极控制能力，所以本实例提供的工艺切实可行。
由图7的IV曲线可知，该沟道材料仍然呈现出半导体特征，说明本实施例1在经过双氧水氧化和烧结以后，尽管外面形成氧化膜，内部依然受到保护。同时栅源极之间断路说明致密氧化膜起到了电介质的作用。最后图8转移特征曲线表现出明显的调制现象，说明本实施例1制备的电介质层没有发生漏电等情况，起到了电介质的效果。而且在较低（6V）电压下就能实现调制。因此，本发明方法能有效的制备出碲烯场效应晶体管电介质材料层。
实施例2
步骤S1，提供单晶二维碲烯1；将二维碲烯置于硅2/二氧化硅3基底上，得到第一样品。
步骤S2，将步骤S1得到的二维碲烯通过标准的微纳加工流程（甩胶-曝光-显影-蒸镀），制备出带有源漏两个金电极的简单的两端器件。
步骤S3，将该两端器件用丙酮和异丙醇反复清洗后，放入30%体积浓度的双氧水中3个小时后取出自然冷却备用。
步骤S4，继续通过标准的微纳加工流程（甩胶-曝光-显影-蒸镀）在源漏两极之间、场效应晶体管栅极电介质的上部制备出顶栅极7。
步骤S5，用探针台和半导体测试仪进行标准的半导体测试：测试栅极7与源极4之间的电流电压曲线得到图9。
本实施例2中去掉了氧化后烧结的步骤，由图9的IV曲线特征可发现，栅极7与源极4仍然有漏电的情况发生，该实施例说明本方法中的烘干烧结是一个必不可少的步骤。
实施例3
步骤S1，提供单晶二维碲烯1；将二维碲烯置于硅2/二氧化硅3基底上，得到第一样品。
步骤S2，将步骤S1得到的第一样品通过标准的微纳加工流程（甩胶-曝光-显影-蒸镀），制备出带有源漏两个金电极的简单的两端器件。
步骤S3，将该两端器件用丙酮和异丙醇反复清洗后，放入30%浓度的双氧水中2个小时后，放入300OC的烘箱烘干2小时后取出自然冷却备用。
步骤S4，继续通过标准的微纳加工流程（甩胶-曝光-显影-蒸镀）在源漏两极之间、场效应晶体管栅极电介质的上部制备出顶栅极7。
步骤S5，用探针台和半导体测试仪进行标准的半导体测试：测试栅极7与源极4之间的电流电压曲线如图10所示。
该实施例3是在双氧水氧化在2个小时的情况下实施，通过测试栅源极电流如图10发现，栅源极之间还存在漏电的情况，尽管该实验组进行了烧结，但是由于2个小时的氧化不彻底导致氧化膜不够厚来作为电介质，所以双氧水的氧化时间是一个关键参数。
实施例4
步骤S1，提供单晶二维碲烯1；将二维碲烯置于硅2/二氧化硅3基底上，得到第一样品。
步骤S2，将步骤S1中的第一样品通过标准的微纳加工流程（甩胶-曝光-显影-蒸镀），制备出带有源漏两个金电极的简单的两端器件。
步骤S3，将该两端器件用丙酮和异丙醇反复清洗后，放入30%体积浓度的双氧水中5个小时后，放入300 OC的烘箱烘干2小时后取出自然冷却备用。
步骤S4，继续通过标准的微纳加工流程（甩胶-曝光-显影-蒸镀）在源漏两极之间、场效应晶体管栅极电介质的上部制备出顶栅极7。
步骤S5，用探针台和半导体测试仪进行标准的半导体测试：测试源极7与漏极5之间的电流。
该实施例4是在双氧水氧化在5个小时的情况下实施，通过测试源漏极电流发现已经断路，说明太长时间的氧化会导致沟道材料彻底被氧化破坏，失去了半导体特征。所以双氧水的氧化时间是一个关键参数，不宜太长。
实施例5
步骤S1，提供单晶二维碲烯1；将二维碲烯置于硅2/二氧化硅3基底上，得到第一样品。
步骤S2，将步骤S1中的第一样品通过标准的微纳加工流程（甩胶-曝光-显影-蒸镀），制备出带有源漏两个金电极的简单的两端器件。
步骤S3，将该两端器件用丙酮和异丙醇反复清洗后，放入30%浓度的双氧水中3个小时后，放入200OC的烘箱烘干2小时后取出自然冷却备用。
步骤S4，继续通过标准的微纳加工流程（甩胶-曝光-显影-蒸镀）在源漏两极之间、场效应晶体管栅极电介质的上部制备出顶栅极7。
步骤S5，用探针台和半导体测试仪进行标准的半导体测试：测试栅极7与源极4之间的电流电压曲线判断是否断路。
该实施例5和优选例1相比，将烧结温度较低。基于实施例5的步骤做了多次重复实验发现，尽管有一些器件能接近优选例结果。但是，其中也能找到栅源极电流电压如图11所示的结果，表现出漏电的情况发生。因此，烧结温度不宜太低，这样会导致氧化膜不够致密。
实施例6
步骤S1，提供单晶二维碲烯1；将二维碲烯置于硅2/二氧化硅3基底上，得到第一样品。
步骤S2，将步骤S1中的第一样品通过标准的微纳加工流程（甩胶-曝光-显影-蒸镀），制备出带有源漏两个金电极的简单的两端器件。
步骤S3，将该两端器件用丙酮和异丙醇反复清洗后，放入30%浓度的双氧水中3个小时后，放入400OC的烘箱烘干2小时后取出自然冷却备用。。
步骤S4，继续通过标准的微纳加工流程（甩胶-曝光-显影-蒸镀）在源漏两极之间、场效应晶体管栅极电介质的上部制备出顶栅极7。
步骤S5，用探针台和半导体测试仪进行标准的半导体测试：测试栅极7与漏极5之间的电流电压曲线判断是否断路。
该实施例6和实施例1相比，将烧结温度升高。通过标准的半导体测试发现，大部分栅极和漏极之间发生了断路情况。该实施例6说明我们烧结的温度不宜过高，这样会导致沟道材料受到破坏。
实施例7
步骤S1，提供单晶二维碲烯1；将二维碲烯置于硅2/二氧化硅3基底上，得到第一样品。
步骤S2，在第一样品的两端制备源极4和漏极5，得到两端器件。
步骤S3，在源极4和漏极5间生成场效应晶体管栅极电介质：将该两端器件用丙酮和异丙醇反复清洗后，放入体积浓度为3%的双氧水中4个小时后，放入200OC的烘箱烘干时间为3小时后取出自然冷却备用。在源极和漏极间生成氧化碲6，所述氧化碲6为一致密的氧化膜作为场效应晶体管栅极电介质。
步骤S4，在源漏两极之间、场效应晶体管栅极电介质的上部制备出顶栅极7。
步骤S5，用探针台和半导体测试仪进行标准的半导体测试：首先测试源漏电极之间的电流电压曲线，通过源漏电极之间的电流电压曲线可知，沟道材料仍然呈现出半导体特征，说明本实施例7在经过双氧水氧化和烧结以后，尽管外面形成氧化膜，内部依然受到保护。再测试栅极与源极之间的电流电压曲线，栅源极之间断路，说明本实施例7制备的致密氧化膜起到了电介质的作用。最后，测试该场效应晶体管的转移特征曲线，转移特征曲线表现出明显的调制现象，可以确定本实施例7制备的电介质层没有发生漏电等情况，起到了电介质的效果。
实施例8
步骤S1，提供单晶二维碲烯1；将二维碲烯置于硅2/二氧化硅3基底上，得到第一样品。
步骤S2，在第一样品的两端制备源极4和漏极5，得到两端器件。
步骤S3，在源极4和漏极5间生成场效应晶体管栅极电介质：将该两端器件用丙酮和异丙醇反复清洗后，放入体积浓度为8%的双氧水中4个小时后，放入220OC的烘箱烘干时间为3小时后取出自然冷却备用。在源极4和漏极5间生成氧化碲6，所述氧化碲6为一致密的氧化膜作为场效应晶体管栅极电介质。
步骤S4，在源漏两极之间、场效应晶体管栅极电介质的上部制备出顶栅极7。
步骤S5，用探针台和半导体测试仪进行标准的半导体测试：首先测试源漏电极之间的电流电压曲线，通过源漏电极之间的电流电压曲线可知，沟道材料仍然呈现出半导体特征，说明本实施例8在经过双氧水氧化和烧结以后，尽管外面形成氧化膜，内部依然受到保护。再测试栅极与源极之间的电流电压曲线，栅源极之间断路，说明本实施例8制备的致密氧化膜起到了电介质的作用。最后，测试该场效应晶体管的转移特征曲线，转移特征曲线表现出明显的调制现象，可以确定本实施例8制备的电介质层没有发生漏电等情况，起到了电介质的效果。
实施例9
步骤S1，提供单晶二维碲烯1；将二维碲烯置于硅2/二氧化硅3基底上，得到第一样品。
步骤S2，在第一样品的两端制备源极4和漏极5，得到两端器件。
步骤S3，在源极4和漏极5间生成场效应晶体管栅极电介质：将该两端器件用丙酮和异丙醇反复清洗后，放入体积浓度为10%的双氧水中4个小时后，放入250OC的烘箱烘干时间为3小时后取出自然冷却备用。在源极4和漏极5间生成氧化碲6，所述氧化碲6为一致密的氧化膜作为场效应晶体管栅极电介质。
步骤S4，在源漏两极之间、场效应晶体管栅极电介质的上部制备出顶栅极7。
步骤S5，用探针台和半导体测试仪进行标准的半导体测试：首先测试源漏电极之间的电流电压曲线，通过源漏电极之间的电流电压曲线可知，沟道材料仍然呈现出半导体特征，说明本实施例9在经过双氧水氧化和烧结以后，尽管外面形成氧化膜，内部依然受到保护。再测试栅极与源极之间的电流电压曲线，栅源极之间断路，说明本实施例9制备的致密氧化膜起到了电介质的作用。最后，测试该场效应晶体管的转移特征曲线，转移特征曲线表现出明显的调制现象，可以确定本实施例9制备的电介质层没有发生漏电等情况，起到了电介质的效果。
实施例10
步骤S1，提供单晶二维碲烯1；将二维碲烯置于硅2/二氧化硅3基底上，得到第一样品。
步骤S2，在第一样品的两端制备源极4和漏极5，得到两端器件。
步骤S3，在源极4和漏极5间生成场效应晶体管栅极电介质：将该两端器件用丙酮和异丙醇反复清洗后，放入体积浓度为25%的双氧水中3.5个小时后，放入260OC的烘箱烘干时间为3小时后取出自然冷却备用。在源极4和漏极5间生成氧化碲6，所述氧化碲6为一致密的氧化膜作为场效应晶体管栅极电介质。
步骤S4，在源漏两极之间、场效应晶体管栅极电介质的上部制备出顶栅极7。
步骤S5，用探针台和半导体测试仪进行标准的半导体测试：首先测试源漏电极之间的电流电压曲线，通过源漏电极之间的电流电压曲线可知，沟道材料仍然呈现出半导体特征，说明本实施例10在经过双氧水氧化和烧结以后，尽管外面形成氧化膜，内部依然受到保护。再测试栅极与源极之间的电流电压曲线，栅源极之间断路，说明本实施例10制备的致密氧化膜起到了电介质的作用。最后，测试该场效应晶体管的转移特征曲线，转移特征曲线表现出明显的调制现象，可以确定本实施例10制备的电介质层没有发生漏电等情况，起到了电介质的效果。
实施例11
步骤S1，提供单晶二维碲烯1；将二维碲烯置于硅2/二氧化硅3基底上，得到第一样品。
步骤S2，在第一样品的两端制备源极4和漏极5，得到两端器件。
步骤S3，在源极4和漏极5间生成场效应晶体管栅极电介质：将该两端器件用丙酮和异丙醇反复清洗后，放入体积浓度为26%的双氧水中3.5个小时后，放入280OC的烘箱烘干时间为2小时后取出自然冷却备用。在源极4和漏极5间生成氧化碲6，所述氧化碲6为一致密的氧化膜作为场效应晶体管栅极电介质。
步骤S4，在源漏两极之间、场效应晶体管栅极电介质的上部制备出顶栅极7。
步骤S5，用探针台和半导体测试仪进行标准的半导体测试：首先测试源漏电极之间的电流电压曲线，通过源漏电极之间的电流电压曲线可知，沟道材料仍然呈现出半导体特征，说明本实施例11在经过双氧水氧化和烧结以后，尽管外面形成氧化膜，内部依然受到保护。再测试栅极与源极之间的电流电压曲线，栅源极之间断路，说明本实施例11制备的致密氧化膜起到了电介质的作用。最后，测试该场效应晶体管的转移特征曲线，转移特征曲线表现出明显的调制现象，可以确定本实施例11制备的电介质层没有发生漏电等情况，起到了电介质的效果。
实施例12
步骤S1，提供单晶二维碲烯1；将二维碲烯置于硅2/二氧化硅3基底上，得到第一样品。
步骤S2，在第一样品的两端制备源极4和漏极5，得到两端器件。
步骤S3，在源极4和漏极5间生成场效应晶体管栅极电介质：将该两端器件用丙酮和异丙醇反复清洗后，放入体积浓度为28%的双氧水中3个小时后，放入300OC的烘箱烘干时间为2小时后取出自然冷却备用。在源极4和漏极5间生成氧化碲6，所述氧化碲6为一致密的氧化膜作为场效应晶体管栅极电介质。
步骤S4，在源漏两极之间、场效应晶体管栅极电介质的上部制备出顶栅极7。
步骤S5，用探针台和半导体测试仪进行标准的半导体测试：首先测试源漏电极之间的电流电压曲线，通过源漏电极之间的电流电压曲线可知，沟道材料仍然呈现出半导体特征，说明本实施例12在经过双氧水氧化和烧结以后，尽管外面形成氧化膜，内部依然受到保护。再测试栅极与源极之间的电流电压曲线，栅源极之间断路，说明本实施例12制备的致密氧化膜起到了电介质的作用。最后，测试该场效应晶体管的转移特征曲线，转移特征曲线表现出明显的调制现象，可以确定本实施例12制备的电介质层没有发生漏电等情况，起到了电介质的效果。
实施例13
步骤S1，提供单晶二维碲烯1；将二维碲烯置于硅2/二氧化硅3基底上，得到第一样品。
步骤S2，在第一样品的两端制备源极4和漏极5，得到两端器件。
步骤S3，在源极4和漏极5间生成场效应晶体管栅极电介质：将该两端器件用丙酮和异丙醇反复清洗后，放入体积浓度为32%的双氧水中3个小时后，放入340OC的烘箱烘干时间为1.5小时后取出自然冷却备用。在源极4和漏极5间生成氧化碲6，所述氧化碲6为一致密的氧化膜作为场效应晶体管栅极电介质。
步骤S4，在源漏两极之间、场效应晶体管栅极电介质的上部制备出顶栅极7。
步骤S5，用探针台和半导体测试仪进行标准的半导体测试：首先测试源漏电极之间的电流电压曲线，通过源漏电极之间的电流电压曲线可知，沟道材料仍然呈现出半导体特征，说明本实施例13在经过双氧水氧化和烧结以后，尽管外面形成氧化膜，内部依然受到保护。再测试栅极与源极之间的电流电压曲线，栅源极之间断路，说明本实施例13制备的致密氧化膜起到了电介质的作用。最后，测试该场效应晶体管的转移特征曲线，转移特征曲线表现出明显的调制现象，可以确定本实施例13制备的电介质层没有发生漏电等情况，起到了电介质的效果。
实施例14
步骤S1，提供单晶二维碲烯1；将二维碲烯置于硅2/二氧化硅3基底上，得到第一样品。
步骤S2，在第一样品的两端制备源极4和漏极5，得到两端器件。
步骤S3，在源极4和漏极5间生成场效应晶体管栅极电介质：将该两端器件用丙酮和异丙醇反复清洗后，放入体积浓度为35%的双氧水中3个小时后，放入360OC的烘箱烘干时间为1小时后取出自然冷却备用。在源极4和漏极5间生成氧化碲6，所述氧化碲6为一致密的氧化膜作为场效应晶体管栅极电介质。
步骤S4，在源漏两极之间、场效应晶体管栅极电介质的上部制备出顶栅极7。
步骤S5，用探针台和半导体测试仪进行标准的半导体测试：首先测试源漏电极之间的电流电压曲线，通过源漏电极之间的电流电压曲线可知，沟道材料仍然呈现出半导体特征，说明本实施例14在经过双氧水氧化和烧结以后，尽管外面形成氧化膜，内部依然受到保护。再测试栅极与源极之间的电流电压曲线，栅源极之间断路，说明本实施例14制备的致密氧化膜起到了电介质的作用。最后，测试该场效应晶体管的转移特征曲线，转移特征曲线表现出明显的调制现象，可以确定本实施例14制备的电介质层没有发生漏电等情况，起到了电介质的效果。
值得一提的是，本发明实施例还提供一种碲烯场效应晶体管，包括：衬底，衬底上表面的两侧分别设置有源极和漏极，衬底上表面还设置有上述制备方法制得的栅极电介质，栅极电介质的上表面设置有栅电极。
本发明实施例还提供一种芯片，该芯片可包括芯片主体和上述实施例中的碲烯场效应晶体管，其中，所述碲烯场效应晶体管设置于芯片主体上。
本发明实施例还提供一种电路，该电路可包括电路板主体和上述实施例中的芯片，其中，所述电路设置于所述电路板主体上。
本发明实施例还提供一种设备，该存算一体设备可包括外壳和上述实施例中的电路，其中，所述电路设置于所述外壳上。
综上所述，本发明针对碲烯场效应晶体管的顶栅电介质提供了一种制备方法，利用碲烯自身的氧化的特征，在沟道层上面形成一直致密的氧化膜电介质层来实现。本发明制备的顶栅电介质层经过电学测试，起到了较好的电流绝缘效果。同时，可以通过简单的顶栅在较低的电压下就能调制源漏之间的电流大小达到开关作用。本发明的工艺简单可控、制备周期短、安全无污染、廉价。根据实际的生产要求，可以灵活地制备晶圆级的氧化膜顶栅电介质，不依赖PVD，ALD等较昂贵和耗时的设备，为碲烯未来工业化大规模的应用提供了一个新的技术手段，是未来碲烯场效应晶体管工业化后的一个重要探索方向。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的内容后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的。
应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。
Claims (10)
1.一种基于双氧水氧化的场效应晶体管栅极电介质的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
提供二维碲烯；将二维碲烯置于硅/二氧化硅基底上，得到第一样品；
在第一样品的两端制备源极和漏极，得到两端器件；
在源极和漏极间生成场效应晶体管栅极电介质：清洗两端器件，并放入体积浓度大于等于3%的双氧水溶液中3-4小时，烘干、冷却。
2.根据权利要求1所述的基于双氧水氧化的场效应晶体管栅极电介质的制备方法，其特征在于，提供二维碲烯包括：
将0.1g亚碲酸钠和0.5g分子量为58000的聚乙烯吡咯烷酮溶解在33mL的去离子水中，充分搅拌，形成浓度为0.014mol/L的第一溶液，随后将1.65mL水合肼和3.3mL氨水混合形成第二溶液加入到第一溶液中，并放入水热反应容器，密封后在160℃烘箱中反应30个小时取出，并用丙酮和异丙醇反复清洗多次，得到产物二维碲烯。
3.根据权利要求1所述的基于双氧水氧化的场效应晶体管栅极电介质的制备方法，其特征在于，清洗两端器件包括：利用丙酮和异丙醇清洗两端器件。
4.根据权利要求1所述的基于双氧水氧化的场效应晶体管栅极电介质的制备方法，其特征在于，双氧水溶液的体积浓度为30%，氧化时间为3小时。
5.根据权利要求1所述的基于双氧水氧化的场效应晶体管栅极电介质的制备方法，其特征在于，烘干的温度设置为200-360℃，烘干时间为1-3小时。
6.根据权利要求5所述的基于双氧水氧化的场效应晶体管栅极电介质的制备方法，其特征在于，烘干的温度设置为300℃，烘干时间为2小时。
7.一种碲烯场效应晶体管，其特征在于，包括：衬底，衬底上表面的两侧分别设置有源极和漏极，衬底上表面还设置有权利要求1-6任一项所述的制备方法制得的栅极电介质，栅极电介质的上表面设置有栅电极。
8.一种芯片，其特征在于，包括芯片主体和如权利要求7所述的碲烯场效应晶体管，其中，所述碲烯场效应晶体管设置于所述芯片主体上。
9.一种电路，其特征在于，包括电路板主体和如权利要求8所述的芯片，其中，所述芯片设置于所述电路板主体上。
10.一种设备，其特征在于，包括外壳和权利要求9所述的电路，其中，所述电路设置于所述外壳上。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant |