一種肖特基柵場效應電晶體及其製備方法與應用與流程

2023-05-23 13:17:46 1

本發明屬於微電子技術領域，更具體地，涉及一種肖特基柵場效應電晶體及其製備方法與應用。

背景技術：

作為最早發現的二維材料，石墨烯由於具有獨特的物理化學性能和在納米光電子領域的巨大應用潛力，近年來吸引了人們大量的關注和研究。然而，石墨烯的零帶隙特性限制了其在納米電子領域中的應用。儘管人們用各種各樣的方法來打開它的帶隙，但打開的帶隙很小，起到的效果甚微。最近幾年，作為石墨烯的替代選擇，二維過渡金屬硫族化物(tmds)正在逐步興起，它們擁有一定大小的帶隙(1-3ev)並且展示了優異了光電性能。例如，基於單層或幾層mos2的場效應電晶體表現出了優良的場效應開關比和較大的室溫電子遷移率。另外，基於二維tmds的光探測器也展現出了非常高的光敏度和快速的光響應性能。

近年來，由單晶材料垂直疊加而成的範德瓦爾斯異質結也迅速興盛起來。範德瓦爾斯異質結是由不同二維材料疊加在一起的，它可以繼承單一組分優良的光電性質，也可以表現出獨特的器件功能。這些人工異質結具有強烈的光-物相互作用和優良的光學性能，使它們能夠廣泛應用在光電子器件中，如光電二極體、光伏電池、光催化和leds等等。例如，基於石墨烯和mos2異質結的垂直場效應電晶體(fets)的開關比可達1000，電流密度達到了5000acm-2。它們還表現出了卓越的多重光電功能，包括高敏感光探測和柵壓可調控穩態光電導性能，最大內量子效率可達85％的可調控光電流產生性能，以及巨大的信息存儲功能。

無獨有偶，與二維半導體p-n異質結有著相似整流特性的二維半導體肖特基勢壘fets近年來也正逐漸被人們所研究。對於傳統半導體材料的常規金屬氧化物半導體場效應電晶體(mosfet)，隨著溝道長度的減小，源漏區的耗盡層寬度變得可以與溝道長度比擬，此時溝道中的電勢分布變為兩維分布，緩變溝道近似不再成立，出現短溝效應，使亞閾特性變差，從而破壞了器件的性能。為了消除短溝效應，肖特基勢壘fets便應運而生。對於新型二維半導體材料肖特基勢壘fets，人們發現它們具有許多獨特的性能。例如，高的開關比和遷移率，快速的光響應速度，低電壓低功耗等等。然而，目前二維材料肖特基器件主要是源漏電極的肖特基接觸，無法很好地解決短溝道效應問題，關於肖特基柵電極的研究尚未見報導。

技術實現要素：

本發明的目的是為了克服現有技術的不足，提供一種肖特基柵場效應電晶體的製備方法。該方法具有製備工藝簡單，可實現陣列、批量生產。

本發明的另一目的在於提供一種上述方法製備的肖特基柵場效應電晶體。該肖特基柵場效應電晶體具有尺寸小、開關比高、遷移率高以及能夠很好地消除短溝道效應等優點。

本發明的再一目的在於提供一種上述肖特基柵場效應電晶體的應用。

本發明上述目的通過以下技術方案予以實現：

一種肖特基柵場效應電晶體的製備方法，包括如下具體步驟：

s1.在襯底上製備二維材料，將光刻膠旋塗在襯底和二維材料上；

s2.光刻曝光和顯影后，在步驟s1中載有二維材料的襯底樣品上鍍金屬，洗掉光刻膠，然後在氣體氛圍中退火，形成源電極和漏電極；

s3.在步驟s2中形成源電極和漏電極的樣品上繼續旋塗光刻膠，然後光刻曝光和顯影，在上述樣品上鍍金屬，形成肖特基柵電極；

s4.洗掉光刻膠，製得肖特基柵場效應電晶體。

優選地，步驟s1中所述襯底為矽、氧化矽、石英、藍寶石或碳化矽。

優選地，步驟s1中所述的二維材料為石墨烯、黑磷、mos2、ws2、mose2、wse2、mote2、wte2、h-bn、gas、gase、tis2、tas2、tase2、nite2、nise2、zrs2或zrse2。

優選地，所述石墨烯、黑磷、mos2、ws2、mose2、wse2、mote2、wte2、h-bn、gas、gase、tis2、tas2、tase2、nite2、nise2、zrs2或zrse2的厚度為0.5～20nm。

優選地，步驟s2中所述退火的溫度為100～500℃，所述氣體為n2或ar，步驟s2中所述源電極和漏電極相同。

優選地，步驟s3中所述金屬為au、cu、ni、ti、cr、ag、al、pt或pd中的一種或任意兩種。

更為優選地，所述au、cu、ni、ti、cr、ag、al、pt或pd的厚度為5～1000nm。

上述方法製備的肖特基柵場效應電晶體，所述肖特基柵場效應電晶體包括襯底、二維材料、源電極、漏電極和肖特基柵電極。

上述肖特基柵場效應電晶體在光電子器件領域中的應用。

與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：

1.本發明採用光刻及直接蒸鍍金屬相結合的方法製得肖特基柵場效應電晶體，製備工藝簡單，可實現陣列、批量生產。

2.本發明的肖特基柵電極能夠起到整流作用，抑制漏電流，改善器件的開關性能。

3.本發明肖特基柵場效應電晶體具有尺寸小、開關比高、遷移率高以及能夠很好地消除短溝道效應等優點，能夠為拓寬二維材料器件的應用領域。

附圖說明

圖1是肖特基柵場效應電晶體的製備方法流程示意圖。

圖2是肖特基柵場效應電晶體的俯視示意圖。

具體實施方式

下面結合具體實施例進一步說明本發明的內容，但不應理解為對本發明的限制。若未特別指明，實施例中所用的技術手段為本領域技術人員所熟知的常規手段。除非特別說明，本發明採用的試劑、方法和設備為本技術領域常規試劑、方法和設備。

實施例1

圖1為肖特基柵場效應電晶體的製備方法流程示意圖，其中1為襯底，2為二維材料，3為源電極，4為漏電極，5為肖特基柵電極，6為光刻膠，包括以下步驟：

1.利用化學氣相沉積的法在矽片襯底1上製備ws2二維材料2，ws2的厚度為0.5nm，如圖1(1)所示。

2.在矽片襯底1和ws2二維材料2上旋塗厚度為2μm的光刻膠6，如圖1(2)所示。

3.光刻曝光和顯影(圖1(3)所示)後，在載有ws2二維材料2的矽片襯底1樣品上鍍厚度為50nm的ti，形成源電極3和漏電極4，如圖1(4)所示。

4.洗掉光刻膠6，然後在n2氛圍中100℃退火0.5h，如圖1(5)所示。

5.在步驟4的樣品上繼續旋塗光刻膠6，如圖1(6)所示。

6.在步驟5的樣品上光刻曝光和顯影(圖1(7)所示)，在上述樣品上鍍厚度為5nm的pt，形成肖特基柵電極5，如圖1(8)所示。

7.洗掉光刻膠6，製得肖特基柵場效應電晶體，如圖1(9)所示。

圖2為肖特基柵場效應電晶體的俯視示意圖。其中1為襯底，2為二維材料，3為源電極，4為漏電極，5為肖特基柵電極。源電極3、漏電極4和肖特基柵電極5分別在二維材料2上，構成了肖特基柵場效應電晶體。

實施例2

與實施例1的區別在於：所述二維材料為zrse2，zrse2的厚度為20nm；所述退火溫度為500℃，氣體氛圍為ar；所述肖特基柵電極為金屬ni，ni的厚度為1000nm。

上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式並不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合和簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護範圍之內。