[發(fā)明專利]基于二維晶體材料的自組裝場效應(yīng)管及其制造方法

在審

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• 申請日: 2017-03-28
• 公開（公告）號: CN107134479A
• 公開（公告）日: 2017-09-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鄧濤;張兆浩
• 申請（專利權(quán)）人: 北京交通大學(xué)
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L29/423;H01L21/336;H01L29/78
• 代理公司: 北京正理專利代理有限公司11257
• 代理人: 付生輝,陳君智

1.一種基于二維晶體材料的自組裝場效應(yīng)管，其特征在于，包括：

單晶硅襯底(1)；

設(shè)置在所述單晶硅襯底(1)上的應(yīng)力層(3)；

一部分設(shè)置在所述單晶硅襯底(1)上，另一部分設(shè)置在所述應(yīng)力層(3)上的柵電極(7)；

設(shè)置在所述應(yīng)力層(3)和柵電極(7)上的介電層(6)；

設(shè)置在所述介電層(6)上的二維晶體材料層(4)；

一部分設(shè)置在所述單晶硅襯底(1)上，另一部分設(shè)置在所述二維晶體材料層(4)上的與所述柵電極(7)平行且等距的源電極(8)和漏電極(5)；

其中，所述應(yīng)力層(3)、所述二維晶體材料層(4)、所述應(yīng)力層(3)上的柵電極(7)、所述介電層(6)、所述二維晶體材料層(4)上的所述源電極(8)和所述漏電極(5)成卷曲狀。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于二維晶體材料的自組裝場效應(yīng)管，其特征在于，所述二維晶體材料層(4)為石墨烯或類石墨烯材料。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于二維晶體材料的自組裝場效應(yīng)管，其特征在于，所述介電層(6)為SiO₂柵介質(zhì)材料或高介電常數(shù)的柵介質(zhì)材料。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于二維晶體材料的自組裝場效應(yīng)管，其特征在于，所述漏電極(5)、柵電極(7)和源電極(8)中，粘附層材料厚度為5nm-30nm，導(dǎo)電層厚度為10nm-100nm。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于二維晶體材料的自組裝場效應(yīng)管，其特征在于，所述應(yīng)力層(3)為SiNx雙層膜結(jié)構(gòu)，其中，雙層膜結(jié)構(gòu)中的上層為具有壓應(yīng)力的SiNx薄膜，雙層膜結(jié)構(gòu)中的下層為具有拉應(yīng)力的SiNx薄膜。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于二維晶體材料的自組裝場效應(yīng)管，其特征在于，所述應(yīng)力層(3)驅(qū)動所述二維晶體材料層(4)、所述介電層(6)、所述漏電極(5)、所述柵電極(7)和所述源電極(8)組成的基于二維晶體材料的二維埋柵場效應(yīng)管自組裝為微管式基于二維晶體材料的自組裝三維場效應(yīng)管。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于二維晶體材料的自組裝場效應(yīng)管，其特征在于，所述所述應(yīng)力層(3)的應(yīng)力大小和卷曲方向可控；微管結(jié)構(gòu)半徑由所述應(yīng)力層(3)的應(yīng)力大小決定，所述微管結(jié)構(gòu)半徑在4～500μm范圍內(nèi)可控。

8.一種基于二維晶體材料的自組裝場效應(yīng)管的制作方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

S1：清洗硅片并制作犧牲層：將單晶硅片(1)置于配比為1:4的雙氧水和硫酸混合液中，在85攝氏度下將硅片煮15min，去除表面污跡，用去離子水沖洗、烘干；在單晶硅片(1)上利用光刻技術(shù)、薄膜淀積技術(shù)和剝離技術(shù)制作犧牲層(2)，所述犧牲層(2)的厚度為10～200nm；

S2：制作應(yīng)力層：通過等離子增強化學(xué)氣相淀積技術(shù)淀積SiNx層；利用光刻技術(shù)在應(yīng)力層(3)區(qū)域形成光刻膠掩膜層；采用反應(yīng)離子刻蝕去除無光刻膠覆蓋的SiNx層；用丙酮清洗光刻膠，留下應(yīng)力層(3)圖形，完成應(yīng)力層(3)的制備；

S3：制作柵電極：通過光刻在柵電極(7)區(qū)域形成光刻膠開孔；用熱蒸發(fā)或電子束蒸發(fā)或者磁控濺射技術(shù)淀積金屬材料；采用剝離工藝去除光刻膠及附著在光刻膠上的金屬材料，留下電極圖形，完成柵電極(7)的制備；

S4：制作介電層：通過等離子增強化學(xué)氣相淀積技術(shù)或原子層淀積等薄膜淀積技術(shù)淀積介電層(6)，厚度為5-50nm；利用光刻技術(shù)在介電層(6)區(qū)域形成光刻膠掩膜層；采用反應(yīng)離子刻蝕去除無光刻膠覆蓋的介電層(6)；用丙酮清洗光刻膠，留下介電層(6)圖形，完成介電層(6)的制備；

S5：轉(zhuǎn)移并圖形化二維晶體材料層：在應(yīng)力層(3)以及介電層(6)上轉(zhuǎn)移二維晶體材料層(4)；采用光刻技術(shù)，以光刻膠做為阻擋層，用氧氣等離子體刻蝕技術(shù)刻蝕無光刻膠覆蓋的二維晶體材料層(4)；用丙酮清洗二維晶體材料層(4)表面的光刻膠，完成二維晶體材料層(4)的轉(zhuǎn)移和圖形化；

S6：制作源電極與漏電極：通過光刻在柵電極(7)及漏電極(5)區(qū)域形成光刻膠開孔；用熱蒸發(fā)或電子束蒸發(fā)技術(shù)淀積金屬材料；采用剝離工藝去除光刻膠及附著在光刻膠上的金屬材料，留下電極圖形，完成柵電極(7)及漏電極(5)的制作；

S7：刻蝕犧牲層：芯片浸入犧牲層(2)的刻蝕溶液中，刻蝕犧牲層(2)；SiNx應(yīng)力層(3)驅(qū)動二維晶體材料層(4)、介電層(6)、源電極(8)、漏電極(5)柵電極(7)組成的基于二維晶體材料的二維埋柵場效應(yīng)管自組裝為微管式基于二維晶體材料的自組裝三維場效應(yīng)管。