一种二维材料场效应晶体管及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种二维材料场效应晶体管及制备方法，属于微电子技术领域。本发明专利技术的二维材料场效应晶体管自下而上依次有导电衬底、绝缘介质层、二维材料、金属电极。本发明专利技术的制备方法为机械划痕法，即先采用机械剥离法将二维材料转移到绝缘介质层上，然后将绝缘介质层和二维材料整体蒸镀上金属，在显微镜下仔细地操作针尖或刀刃，使其刚好贴住二维材料表面，然后缓慢地移动针尖或刀刃，使其划过二维材料的中部上方，以去除上面的金属，形成沟道。继续移动针尖或刀刃，划出两个金属电极，即源电极和漏电极。该二维材料场效应晶体管的制备方法具有操作简单、无需掩膜、工艺步骤少、制备时间短、效率高、成品率高等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于微电子
，具体涉及一种二维材料场效应晶体管及制备方法。
技术介绍
自石墨烯出现以来，由于其具有与众不同的电学、光学、磁学和力学性能，吸引了人们大量广泛的关注和研究。特别地，石墨烯具有超高的载流子迁移率、高电子饱和速度和高热导率等优点，在微电子器件方面有着广阔的应用前景。近年来，MoS2、WS2、黑磷等新型二维材料也相继出现，由其制备的场效应晶体管则表现出优良的特性。目前，二维材料场效应晶体管的制备方法主要为光刻技术和金线掩膜技术。光刻技术工艺复杂，成本较高。金线掩膜技术虽然工艺简单，但是当一块衬底上同时有多片二维材料时，采用金线掩膜技术则只能选择其中一片二维材料来制作器件，成品率不高。
技术实现思路
为克服上述现有技术中存在的缺点与不足，本专利技术的首要目的在于提供一种二维材料场效应晶体管。本专利技术的另一目的在于提供上述二维材料场效应晶体管的制备方法，本发明所述的制备方法简化二维材料场效应晶体管的制备工艺、提高制备效率和成品率。本专利技术的目的通过下述技术方案实现：一种二维材料场效应晶体管，所述的二维材料场效应晶体管自下而上依次有导电衬底、绝缘介质层、二维材料、金属电极。其中，金属电极被划分为源电极和漏电极。所述的导电衬底为半导体或者金属衬底，优选为低阻硅衬底或铜衬底。所述的绝缘介质层为SiO2、SiC、SiN、HfO2或TiO2中的一种。所述的二维材料为石墨烯、黑磷、MoS2、WS2、MoSe2、WSe2、MoTe2、WTe2、BN、GaS、GaSe、TiS2、TaS2、TaSe2、NiTe2或ZrS2中的一种。所述的金属电极所采用的金属为Au、Cu、Ni、Ti、Cr或Ag中的一种或两种的组合。上述的二维材料场效应晶体管的制备方法，采用机械划痕法制备场效应晶体管的源电极、漏电极和源漏沟道，具体制备步骤如下：1)先采用机械剥离法将二维材料转移到绝缘介质层上；2)将绝缘介质层和二维材料整体蒸镀上金属；3)在显微镜下操作针尖或刀刃，使其刚好贴住二维材料表面，然后缓慢地移动针尖或刀刃，使其划过二维材料的中部上方，以去除上面的金属，形成沟道；4)继续移动针尖或刀刃，划出两个金属电极，即源电极和漏电极。步骤2)和步骤3)中所述的金属为Au、Cu、Ni、Ti、Cr或Ag中的一种或两种的组合。上述的制备方法采用机械划痕法，所采用的工具为针尖或者刀刃。本专利技术相对于现有技术具有如下的优点及效果：本专利技术中二维材料场效应晶体管的制备方法具有操作简单、无需掩膜、工艺步骤少、制备时间短、效率高、成品率高等优点。附图说明图1是本专利技术实施例1提供的一种二维材料场效应晶体管的截面结构示意图。图2是本专利技术实施例1提供的一种二维材料场效应晶体管的制备方法示意图；其中：A为第一步，B为第二步，C为第三步，D为第四步。图3是本专利技术实施例1提供的一种二维材料场效应晶体管制备方法的光学显微镜照片，对应图2B。图4是本专利技术实施例1提供的一种二维材料场效应晶体管制备方法的光学显微镜照片，对应图2C。图5是本专利技术实施例1提供的一种二维材料场效应晶体管制备方法的光学显微镜照片，对应图2D。图6是本专利技术实施例1提供的MoS2场效应晶体管的输出曲线。图7是本专利技术实施例1提供的MoS2场效应晶体管的转移曲线。具体实施方式下面结合实施例及附图对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例1如图1所示，一种二维材料场效应晶体管，自下而上依次有导电衬底1、绝缘介质层2、二维材料3、金属电极4；其中导电衬底1为低阻硅衬底，绝缘介质层2是SiO2、二维材料3是MoS2、金属电极4是金。如图2所示，上述的二维材料场效应晶体管的制备方法，包括以下步骤：第一步，先采用机械剥离法将二维材料3转移到绝缘介质层2上；第二步，将绝缘介质层2和二维材料3整体蒸镀上金属，对应图3的光学显微镜照片；第三步，在显微镜下仔细地操作针尖或刀刃，使其刚好贴住二维材料3表面，然后缓慢地移动针尖或刀刃，使其划过二维材料的中部上方，以去除上面的金属，形成沟道，对应图4的光学显微镜照片；第四步，继续移动针尖或刀刃，划出两个金属电极4，即源电极和漏电极，对应图5的光学显微镜照片。如图6所示，采用该机械划痕法制备的MoS2场效应晶体管，栅压能够有效地对其输出特性进行调控，表明了该方法并不会对器件产生损伤，而且制备出来的器件性能优良。如图7所示，从该MoS2场效应晶体管的转移曲线可以计算得出，其开关比为2.2×104，表明出优良的开关性能，进一步说明了本专利技术的可行性。上述实施例为本专利技术较佳的实施方式，但本专利技术的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本专利技术的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种二维材料场效应晶体管，其特征在于，该二维材料场效应晶体管自下而上依次有导电衬底、绝缘介质层、二维材料、金属电极。

【技术特征摘要】
1.一种二维材料场效应晶体管，其特征在于，该二维材料场效应晶体管自
下而上依次有导电衬底、绝缘介质层、二维材料、金属电极。
2.根据权利要求1所述的二维材料场效应晶体管，其特征在于，所述的导
电衬底为半导体或者金属衬底。
3.根据权利要求1所述的二维材料场效应晶体管，其特征在于，所述的导
电衬底为低阻硅衬底或铜衬底。
4.根据权利要求1所述的二维材料场效应晶体管，其特征在于，所述的绝
缘介质层为SiO2、SiC、SiN、HfO2或TiO2中的一种。
5.根据权利要求1所述的二维材料场效应晶体管，其特征在于，所述的二
维材料为石墨烯、黑磷、MoS2、WS2、MoSe2、WSe2、MoTe2、WTe2、BN、GaS、
GaSe、TiS2、TaS2、TaSe2、NiTe2或ZrS2中的一种。
6.根据权利要求1所述的一种二维材料场效应晶体管，其特征在于，所述
的金属电极所采用的金属为Au、Cu、Ni...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨亿斌，招瑜，肖也，牟中飞，李京波，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东;44