[發(fā)明專利]降低二維材料場效應晶體管接觸電阻的方法

在審

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• 申請日: 2017-11-15
• 公開（公告）號: CN107919388A
• 公開（公告）日: 2018-04-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李紹娟;馬瑋良;袁建;孫甜;拓明芬
• 申請（專利權(quán)）人: 蘇州大學
• 主分類號: H01L29/417
• 分類號: H01L29/417;H01L21/335
• 代理公司: 蘇州市中南偉業(yè)知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)32257
• 代理人: 楊慧林

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及二維材料領(lǐng)域，尤其涉及一種降低二維材料場效應晶體管接觸電阻的方法。

背景技術(shù)

半導體性二維材料作為場效應晶體管的有源溝道區(qū)，可以克服傳統(tǒng)硅基場效應晶體管的短溝效應。此外，由于二維材料超薄的厚度、優(yōu)異的柔韌性，基于二維材料可以實現(xiàn)超小尺寸、可彎曲的柔性場效應晶體管的制備。近年來，基于二維MoS₂、WS₂、MoSe₂、PtS₂、PtSe₂等半導體性二維材料的場效應晶體管引起來了極大的關(guān)注。

然而，目前報道的二維場效應晶體管的載流子遷移率仍然遠低于理論上二維材料本身的遷移率，其中一個原因是二維材料與金屬電極之間的接觸電阻極大地限制了器件的性能。因而，如何有效地降低二維材料溝道與金屬電極之間的接觸電阻是目前二維場效應晶體管應用領(lǐng)域所面臨的主要挑戰(zhàn)。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是提供一種降低二維材料場效應晶體管接觸電阻的方法，采用源漏電極作為保護隔離層，在源漏電極之間形成二維材料的溝道，降低溝道與源漏電極之間的交疊面積，從而降低二者之間的接觸電阻。

本發(fā)明的一種降低二維材料場效應晶體管接觸電阻的方法，包括以下步驟：

(1)在部分基底的表面蒸鍍至少一個過渡金屬區(qū)，形成過渡金屬層；其中，過渡金屬區(qū)的厚度為0.1-2nm；

(2)光刻、顯影后形成光刻膠層，光刻膠層上具有至少兩個用于蒸鍍源漏電極的孔，每個孔的下方正對至少一部分過渡金屬層的表面，每個孔位于過渡金屬區(qū)的一側(cè)，即在源漏電極之間形成溝道區(qū)域；

(3)在孔中蒸鍍源漏電極，然后去除光刻膠層，露出其他部分的基底；

(4)使用硫源對過渡金屬進行硫化或使用硒源對過渡金屬進行硒化，冷卻后形成二維材料場效應晶體管。

進一步地，步驟(1)中，基底的材質(zhì)絕緣，基底材質(zhì)為玻璃或聚合物柔性材料。

進一步地，在步驟(1)中，基底的表面為絕緣介質(zhì)層，絕緣介質(zhì)層的材質(zhì)為二氧化硅、氧化鋁、氧化鉿或者氧化鋯，絕緣介質(zhì)層的厚度為20-300nm。

進一步地，在步驟(1)中，過渡金屬為鉬(Mo)、鉑(Pt)、鎢(W)、錳(Mn)、鎳(Ni)、鎘(Cd)或鈀(Pd)。優(yōu)選地，過渡金屬為鉬(Mo)、鎢(W)或鉑(Pt)。

進一步地，在步驟(1)中，還包括在基底與過渡金屬層之間依次沉積柵極和柵介質(zhì)的步驟，以制備底柵結(jié)構(gòu)。

進一步地，在步驟(4)中，冷卻前還包括在二維材料和/或源漏電極表面依次沉積柵介質(zhì)和柵極的步驟，以制備頂柵結(jié)構(gòu)。

進一步地，柵極的材質(zhì)為鋁、鈦/金、鉻、鉻/金、鉬或ITO(氧化銦錫)。

進一步地，柵介質(zhì)的材質(zhì)為氧化硅、氧化鋁、氧化鉿、氧化鋯或氮化硼。

進一步地，在步驟(2)中，孔的形狀為矩形、方形、圓形或者不規(guī)則形狀。

進一步地，在步驟(2)中，孔的下方可以正對一部分過渡金屬層的以及一部分基底的表面；或整個孔的下方全部正對著過渡金屬層。

進一步地，在步驟(2)中，光刻膠層的厚度為50nm-2μm。

進一步地，在步驟(3)中，源漏電極為鈦(Ti)電極、金(Au)電極、鋁(Al)電極、鉻(Cr)電極中的一種或兩種。

進一步地，在步驟(4)中，硫源為硫粉、硫化鈉或硫化氫。優(yōu)選地，硫源為硫粉。

進一步地，在步驟(4)中，硒源為硒粉或硒化氫。優(yōu)選地，硒源為硒粉。

進一步地，在步驟(4)中，將基底加熱到550-750℃，將硫源加熱到115-130℃后形成含硫氣氛，含硫氣氛接觸過渡金屬對其進行硫化；或者

在步驟(4)中，將基底加熱到400-500℃，將硒源加熱到230-245℃后形成含硒氣氛，含硒氣氛接觸過渡金屬對其進行硒化。

優(yōu)選地，當步驟(1)中的過渡金屬為鉬時，步驟(4)中采用硫源對其進行硫化；當步驟(1)中的過渡金屬為鉑時，步驟(4)中采用硫源對其進行硫化或采用硒源對其硒化。

在步驟(3)之后，源漏電極的一部分直接與一部分過渡金屬區(qū)接觸，另外一部分直接與基底接觸。在步驟(4)之后，使得未與源漏電極接觸的另外一部分過渡金屬區(qū)被硫化或硒化，形成二維材料溝道區(qū)。

借由上述方案，本發(fā)明至少具有以下優(yōu)點：