[發明專利]一種石墨烯為源漏電極的二維薄膜晶體管及制備方法

有效

• 申請號: 202011163303.7
• 申請日: 2020-10-27
• 公開（公告）號: CN112349593B
• 公開（公告）日: 2023-02-03
• 發明（設計）人: 李文武;高彩芳;聶倩帆;李夢姣;胡志高;褚君浩
• 申請（專利權）人: 華東師范大學
• 主分類號: H01L21/34
• 分類號: H01L21/34;H01L29/786;H01L29/43;H01L29/417;H01L29/24
• 代理公司: 上海藍迪專利商標事務所(普通合伙) 31215
• 代理人: 徐筱梅;張翔

1.一種石墨烯為源漏電極的二維薄膜晶體管的制備方法，所述的二維薄膜晶體管為底柵頂接觸型晶體管，用石墨烯做源漏電極，實現了同時用二維材料做半導體層與半導體溝道層，改善了二維材料與金電極之間的接觸，提升了N型二維薄膜半導體的遷移率和開關電流比，其特征在于，該制備方法包括以下具體步驟：

步驟1：二維材料薄膜的制備

A1：二硫化鉿半導體薄膜的制備

將二硫化鉿晶體塊材置于英格蘭藍色膠帶上，對折膠帶，按壓，然后撕開；在撕開的英格蘭膠帶上會自然黏附一層二硫化鉿薄片，將所述膠帶在新鮮膠帶表面對撕3-5次，減薄二硫化鉿薄片后，貼附到附在載玻片上的Gelpak機械剝離專用PF凝膠膜上再輕輕揭起，用光學顯微鏡觀察所述PF凝膠膜，通過顏色判斷二硫化鉿薄膜的厚度，選擇藍色半透明、厚度為10-15 nm、表面均勻且長度15-200 μm的材料標記備用；

A2：石墨烯薄膜材料的制備

將石墨烯晶體塊材置于英格蘭藍色膠帶上，對折膠帶，按壓，然后撕開；在撕開的英格蘭膠帶上會自然黏附一層石墨烯薄片，將所述膠帶在新鮮膠帶表面對撕3-5次，減薄石墨烯薄片后，貼附到附在載玻片上的Gelpak機械剝離專用PF凝膠膜上再輕輕揭起，用光學顯微鏡觀察所述PF凝膠膜，通過顏色判斷石墨烯薄膜的厚度，選擇厚度5-10 nm，表面均勻且長度為50-200 μm的兩塊石墨烯薄膜材料備用，分別記為石墨烯薄膜材料A和石墨烯薄膜材料B；

步驟2：二硫化鉿和石墨烯二維薄膜材料的轉移

B1：襯底的 清洗

選擇二氧化硅/硅襯底，其中二氧化硅熱氧化層的厚度為300 nm，將襯底依次置于丙酮、異丙醇、去離子水中用超聲波清洗機依次清洗5分鐘，然后用氮氣槍吹干作為目標襯底備用；

B2：二硫化鉿薄膜材料的轉移

利用二維材料轉移系統以及配套顯微鏡將步驟A1制備的PF凝膠膜上的二硫化鉿薄膜轉移到步驟B1的目標襯底上作為二維晶體管的半導體導電溝道；

B3：石墨烯薄膜材料A、B的轉移

利用二維材料轉移系統以及配套顯微鏡將步驟A2制備的PF凝膠膜上的石墨烯薄膜材料A及石墨烯薄膜材料B分別轉移到步驟B2目標襯底的二硫化鉿薄膜的兩端，所述石墨烯薄膜材料A、B與二硫化鉿薄膜在各自最大長度的方向上呈水平堆疊，且兩端重疊5-15 μm，石墨烯薄膜材料A、B作為晶體管的二維源、漏電極，中間露的二硫化鉿薄膜為半導體導電溝道；

步驟3：源、漏金屬電極的制備

C1：固定掩模版

利用二維材料轉移系統將不銹鋼掩模版固定在目標襯底的二硫化鉿薄膜上，所述二硫化鉿薄膜完全被掩模版掩模部分覆蓋且兩側露出石墨烯薄膜材料A和石墨烯薄膜材料B；

C2：蒸鍍金屬源、漏電極

采用常規的真空熱蒸發法利用不銹鋼掩模版在石墨烯薄膜材料A和石墨烯薄膜材料B上蒸鍍金，得到厚度為50 nm的金作為源、漏金屬電極；制得所述二維薄膜晶體管；

步驟3中，所述蒸鍍金的電流為80-90 A，速率為0.1-0.12 nm/s。

2.一種權利要求1所述方法制得的石墨烯為源漏電極的二維薄膜晶體管，其特征在于，所述的二維薄膜晶體管，其二硫化鉿半導體層厚度10-15 nm，石墨烯層厚度5-10 nm，晶體管溝道長度15 μm-200μm，金電極厚度50 nm。