[發明專利]一種基于原子層沉積制備二硫化鉬場效應管的方法

在審

• 申請號: 201810064699.6
• 申請日: 2018-01-23
• 公開（公告）號: CN108365012A
• 公開（公告）日: 2018-08-03
• 發明（設計）人: 劉磊;黃亞洲;呂俊;楊俊杰;陳云飛;倪中華
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H01L29/786
• 分類號: H01L29/786;H01L21/34;C23C16/455;C23C16/30
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 景鵬飛

本發明公開了一種基于原子層沉積制備二硫化鉬場效應管的方法，包括如下步驟：將基底樣品放入反應腔；利用載氣將鉬源送入反應腔，使鉬源與基底樣品表面發生自限制化學吸附；利用載氣將硫化氫送入反應腔，使硫化氫與鉬源發生自限制化學反應，在基底樣品上生成二硫化鉬薄膜；將所生成的二硫化鉬薄膜按所需的場效應管溝道尺寸，刻蝕成條狀二硫化鉬；在條狀二硫化鉬上沉積金屬源和漏極；采用本發明的方法制備的二硫化鉬薄膜覆蓋面積大，質量均勻，在制備場效應管的過程中不需要精確定位，提高了制備效率和降低成本。

技術領域

本發明涉及微納器件設計與制備技術領域，具體涉及一種基于原子層沉積制備二硫化鉬場效應管的方法。

背景技術

近年來，作為一種層狀過渡金屬硫化物的二硫化鉬（MoS₂），由于大載流子遷移率和對可見光的強吸收能力，其在微納電子器件和光電子器件領域的巨大應用前景，受到了廣泛的關注。目前，常見的用于制備場效應管的二硫化鉬多采用機械剝離法和化學氣相沉積法（CVD）制得。

B.Radisavljevic等在“Single-layerMoS2transistors”，NatureNanotechnology2011 3（6）147-150一文中初次采用機械剝離的方法制得單層的二硫化鉬場效應管。由于機械剝離方法制得的二硫化鉬尺寸較小，在后續制備場效應管的過程中，二硫化鉬不易被精確定位，增加了制備成本，同時機械剝離的方法效率較低，無法大規模的應用。

Hennrik Schmidt等在“Transport properties of monolayer MoS2grown bychemical vapor deposition”，Nano Letters 2014 14 1909?1913一文中采用CVD的方法制得二硫化鉬場效應管。相對于機械剝離的方法，CVD方法生長出的二硫化鉬尺寸較大，但是仍然無法均勻覆蓋基底，在后續的場效應管制備過程中仍然需要精確定位，同時CVD的方法對工藝精度要求較高，生長重復性較差，仍然無法大規模應用。因此，一種低成本、可批量大規模制備二硫化鉬場效應管的方法顯得尤為迫切。

發明內容

針對上述存在的問題，本發明目的在于提供一種操作簡單，生產成本低，適用于大規模生產的基于原子層沉積制備二硫化鉬場效應管的方法。

為了達到上述目的，本發明采用的技術方案如下：一種基于原子層沉積制備二硫化鉬場效應管的方法，包括如下步驟：

1）將基底樣品放入反應腔；

2）利用載氣將鉬源送入反應腔，使鉬源與基底樣品表面發生自限制化學吸附；

3）利用載氣將硫化氫送入反應腔，使硫化氫與鉬源發生自限制化學反應，在基底樣品上生成二硫化鉬薄膜；

4）將所生成的二硫化鉬薄膜按所需的場效應管溝道尺寸，刻蝕成條狀二硫化鉬；

5）在條狀二硫化鉬上沉積金屬源和漏極。

本發明的反應腔為ALD反應腔，本發明采用的ALD反應腔是原子層沉積工藝中應用的反應腔，原子層沉積工藝ALD是依靠前驅體在基底樣品表面的自限制化學反應沉積薄膜，通過交替通入前驅體脈沖，原子層沉積可以在基底樣品表面均勻沉積二硫化鉬薄膜，這種均勻覆蓋的二硫化鉬薄膜使后續的場效應管加工無需精確定位，大大節約了制備成本；ALD制備二硫化鉬薄膜的工藝穩定，生長重復性好，可以用于大規模批量的制備場效應管。

本發明的基底樣品優選氧化硅或覆蓋有絕緣層的硅中的一種。

本發明的絕緣層優選氧化鋁或氧化鉿中的一種或者兩者的混合物。這兩種絕緣層材料的介電性能優異，作為基底可以限制場效應管載流子的散射，提高載流子遷移率。

本發明的鉬源優選五氯化鉬或六羰基鉬中的一種或者兩者的混合物。作為鉬源，這兩種材料的活性強，容易發生自限制反應，且生長的二硫化鉬薄膜質量均勻。