[發明專利]一種基于二維層間滑移鐵電半導體的場效應晶體管器件及其制備方法

在審

• 申請號: 202210197028.3
• 申請日: 2022-03-01
• 公開（公告）號: CN114709257A
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發明（設計）人: 劉富才;馬博文;卞仁吉
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01L29/423
• 分類號: H01L29/423;H01L29/10;H01L29/16;H01L29/78;H01L21/336
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 葉盛

1.一種基于二維層間滑移鐵電半導體的場效應晶體管器件，其特征在于，包括由下至上依次疊置的支撐襯底、背柵電極、鐵電介質層、絕緣介質層和源漏電極，所述源漏電極包括源極電極和漏極電極，所述源極電極和漏極電極之間設置有導電溝道，所述導電溝道為石墨烯材料，所述鐵電介質層為層狀二維層間滑移鐵電半導體材料GaSe,所述絕緣介質層為h-BN材料，所述源極電極和漏極電極分別與導電溝道兩端連接，并形成含有潔凈范德華界面的肖特基接觸或歐姆接觸。

2.根據權利要求1所述的一種基于二維層間滑移鐵電半導體的場效應晶體管器件的制備方法，其特征在于，具體加工步驟如下：

S1、絕緣介質層材料h-BN的制備：選用PDMS為支撐襯底，采用機械剝離法從h-BN晶體中獲得少層的h-BN樣品；

S2、鐵電介質層材料GaSe的制備：從GaSe晶體中獲得少層的GaSe樣品,在顯微鏡輔助下找到合適的樣品并做好位置標記；

S3、導電溝道材料石墨烯的制備：選用SiO₂為支撐襯底，采用機械剝離法從層狀石墨晶體中獲得少層及單層的石墨烯樣品，在顯微鏡輔助下找到合適樣品并做好標記；

S4、鐵電介質層的轉移：室溫下，在顯微鏡和三維位移臺輔助下，將帶有GaSe的PDMS襯底緩慢均勻地貼附到SiO₂襯底的少層石墨烯上，并使GaSe對準少層石墨烯的相應位置，并緩慢抬起玻璃片，實現鐵電介質層GaSe到SiO₂襯底的轉移；

S5、絕緣介質層的轉移：室溫下，在顯微鏡和三維位移臺輔助下，將帶有h-BN的PDMS襯底緩慢均勻地貼附到SiO₂襯底的少層石墨烯上，并使h-BN對準少層鐵電介質層GaSe的相應位置，并緩慢抬起玻璃片，可以實現絕緣介質層h-BN到SiO₂襯底的轉移；

S6、溝道石墨烯的轉移：先將樣品臺加熱至60℃，在顯微鏡和三維位移臺輔助下，利用PC干法轉移膜的一角緩慢均勻地貼附到帶有單層石墨烯的SiO₂襯底，待冷卻至室溫，緩慢抬起玻璃片，PC膜將石墨烯提起，實現溝道石墨烯到PC膜的轉移，然后，緩慢均勻地壓到上一步制得的介質層上，最后得到附有PC膜的器件樣品；

S7、金屬引出電極的制備：先將步驟S6制得的器件樣品置于氯仿中，50℃加熱半小時，取出后用氮氣吹干去除PC薄膜；然后采用電子束光刻機，原位曝光顯影制備出引出電極光刻圖形；再利用熱蒸發鍍膜設備制得金屬薄膜；隨后將樣品浸入丙酮溶液lift-off制得圖形化的金屬引出電極；最后利用銀膠和金線引出源漏電極和背柵電極，完成器件制備。

3.根據權利要求2所述的一種基于二維層間滑移鐵電半導體的場效應晶體管器件的制備方法，其特征在于,步驟S6中的所述PC干法轉移膜的制備方法為：取2ml的PC溶液滴于清洗干凈的玻璃片襯底，然后將其置于溫度為50℃的加熱板烘1h,得到PC膜；然后用刀片劃取3mm×3mm的PC膜，平整面朝上地放置粘附于PDMS襯底上，獲得PC干法轉移膜。

4.根據權利要求3所述的一種基于二維層間滑移鐵電半導體的場效應晶體管器件的制備方法，其特征在于,所述PC溶液濃度為10wt％。

5.根據權利要求2所述的一種基于二維層間滑移鐵電半導體的場效應晶體管器件的制備方法，其特征在于,步驟S7中利用熱蒸發鍍膜設備以的速率沉積制備出Ti(5nm)/Au(50nm)的金屬薄膜。