【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及晶体管器件，尤其涉及一种二维材料场效应晶体管器件及其制备方法。
技术介绍
1、随着场效应晶体管的出现，尤其是互补的金属-氧化物-半导体(cmos)技术的兴起，信息技术迎来了爆炸性发展，直到今天场效应晶体管也被认为是当代人类文明的强大引擎。传统的场效应晶体管需要栅介质具有较高的栅电容将载流子吸引至沟道，这使得传统的sio2栅介质的厚度尽量薄，但随着尺寸的减小，栅极的漏电不可避免的增大，这对器件的性能与寿命是致命的。随着现代半导体行业的发展，基于硅半导体的场效应晶体管(fet)的尺寸不断缩小，目前已经接近其物理极限。在新兴材料中，二维半导体可达到原子级厚度且保持高载流子迁移率，理论上可实现优异的栅极控制，因而被认为是用于下一代场效应晶体管的理想沟道材料。然而，由于二维半导体表面无悬挂键，很难在其表面集成高质量的介电层，这是目前该领域的重大难题。另一方面，二维材料的电输运几乎是在材料表面完成，而通过蒸镀电极的方法可能会破坏二维材料的输运界面。双极性输运能够大幅度拓宽晶体管的应用，因此制备合适的栅介质作为介电层调控场效应晶体管的双极性输运是一个重要研究方向，人们在此方面已经做了诸多尝试，例如使用ald生长高k栅介质或是使用能够形成电双层的离子液体，但是大载流子密度下的二维材料的电荷诱导是传统高k栅介质几乎无法实现的，而离子液体中的阴阳离子体积较大并且存在电化学窗口限制了栅极的调控。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术的目的在于提出一种二维材料场效应晶体管器件及其制备方法，
2、根据本专利技术的一个方面，提供一种二维材料场效应晶体管器件，该器件栅介质层采用固态质子导体膜；该固态质子导体膜在电场影响下，产生h+质子。
3、在上述技术方案中，通过制备固态质子导体作为栅介质，施加一个电场，固态质子导体膜会通过去质子化的过程提供一个h+质子，在外部电场的驱动下，h+质子会移动到介质/电极界面，并且和界面处的电子产生静电耦合，利用固态质子较大的特殊电容，可以在二维材料层诱导出较大的二维电荷密度，并且在低电压下可以实现高跨导，能够极大的提升器件的性能。
4、在一些实施例中，所述固态质子导体膜厚度≥200nm。
5、在上述技术方案中，最佳值在200～300nm间，要求固态质子导体厚度大于200nm是为了增大栅压范围增加电场调制效应，太厚会导致后续蒸镀电极剥离的难度增加。
6、在一些实施例中，所述器件的栅电极为石墨或二维金属。
7、在上述技术方案中，固态质子导体膜因为质地柔软，通过蒸镀金属电极和传统键合的方法极易击穿固态质子导体膜，因此我们通过制备石墨替代金属电极，制作出以固态质子导体膜为栅介质，石墨为栅电极能够极大提高调控能力，同时本方法调制的固态质子导体膜通过电场产生的h+质子不同于已报道的其它固态质子产生的nh3+，h+相比下有更小的体积能够进入样品插入位点进行调控，使其更容易实现电学调控，并且不存在质子迁移响应时间的限制，因此本专利技术拓展了双极性输运的边界并且提供了一种普适性方法。
8、在一些实施例中，所述晶体管器件采用飞线键合封装。
9、在上述技术方案中，选择飞线键合的原因是为了保护固态质子导体膜不被键合击穿，其根本原因在于一般的电极是通过电熔电线的，固态质子质地较软，容易被电熔时放出的电击穿，导致漏电，而飞线键合的方法不存在电熔过程能够有效避免击穿。本案属于引线键合，利用的是铂丝点上银胶，一般的飞线需要尽快操作，而本专利技术利用银胶的特性不容易凝固，增加飞线的容错。
10、根据本专利技术的另一个方面，提供一种二维材料场效应晶体管器件的制备方法，所述方法包括：
11、将配制好的固态质子溶液采用旋涂法，旋涂至晶体管器件的栅电极表面。
12、在上述技术方案中，固态质子导体膜的制备方法易于实现，成本低廉，操作难度和技术要求都不高，非常利于大规模产业化应用。固态质子导体膜的制备方法易于实现，成本低廉，操作难度和技术要求都不高，非常利于大规模产业化应用，而二维材料的一个大问题是不方便推广到产业化，旋涂能够推广到工业应用。另外旋涂的方法能够与定向开窗利用石墨作为电极的方法兼容。并且更容易在开窗区域制备厚度均匀的固态质子导体膜。
13、在一些实施例中，所述固态质子溶液制备方法具体包括：
14、正硅酸乙酯、85％浓度的磷酸、无水乙醇、去离子水按照质量比：57～63:0.5～1.5:233～240:27～33的比例混合均匀得混合液；
15、将该混合液烘箱加热得固态质子溶液。
16、在上述技术方案中，配制的固态质子溶液中带有多个氢氧根，而在电场影响下氢氧根断裂生成多个h+，正硅酸乙酯的化学式(c8h20o4si)内含有多个氢氧根可以证明。在本实施例中，混合液烘箱加热2h得到略微黏稠的液体，时间可以微调，但是不能加热过久，过久容易导致固态质子溶液凝固。该配比是通过化学式计算的，增加正硅酸乙酯和磷酸的配比会导致固态质子溶液在配制和旋涂的过程中析出溶质，而减少配比会导致固态质子膜的厚度降低不利于栅压调控。
17、在一些实施例中，所述器件的栅电极为石墨电极。
18、在上述技术方案中，固态质子导体膜因为质地柔软，通过蒸镀金属电极和传统键合的方法极易击穿固态质子导体膜，因此我们通过制备石墨替代金属电极，制作出以固态质子导体膜为栅介质，石墨为栅电极能够极大提高调控能力，同时本方法调制的固态质子导体膜通过电场产生的h+质子不同于已报道的其它固态质子产生的nh3+，h+相比下有更小的体积能够进入样品插入位点进行调控，使其更容易实现电学调控，并且不存在质子迁移响应时间的限制，因此本专利技术拓展了双极性输运的边界并且提供了一种普适性方法。
19、在一些实施例中，所述栅电极的制备方法具体包括：
20、通过机械剥离法将多层石墨剥离至预先准备好的亲水性纯硅衬底，并进行曝光以及显影定影。
21、在上述技术方案中，本方案中机械剥离石墨作为栅电极的方法能够保护栅介质层在键合的过程中不被击穿，并且能够很好保护二维材料输运界面，能够有效增加fet的迁移率。利用该方法制备的固态质子导体膜/石墨栅电极具有优异的双极性调控，多层mos2以往的方法很难实现双极性输运，而利用本方法将多层mos2调制为双极性输运。进一步地，机械剥离法可以得到厚度10-100纳米的石墨电极，厚度过高的电极不利于在上面旋涂固态质子溶液，厚度过薄的石墨金属性较差不适合作为电极。
22、在一些实施例中，所述旋涂具体包括：
23、将石墨电极放入匀胶机，将上述配置好的固态质子溶液均匀滴在开了窗口的石墨电极上；设置400rpm-600rpm加速度，2000rpm-3000rpm转速旋涂50s-100s；将旋涂好的样品放置于100℃～180℃的热板上加热20min-25min，加热完成后得到固态质子/石墨电极层。
24、在上本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种二维材料场效应晶体管器件，其特征在于，该器件栅介质层采用固态质子导体膜；该固态质子导体膜在电场影响下，产生H+质子。
2.如权利要求1所述的一种二维材料场效应晶体管器件，其特征在于，
3.如权利要求1所述的一种二维材料场效应晶体管器件，其特征在于，
4.如权利要求1所述的一种二维材料场效应晶体管器件，其特征在于，
5.一种二维材料场效应晶体管器件的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
6.如权利要求5所述的一种二维材料场效应晶体管器件的制备方法，其特征在于，
7.如权利要求5所述的一种二维材料场效应晶体管器件的制备方法，其特征在于，
8.如权利要求5或7所述的一种二维材料场效应晶体管器件的制备方法，其特征在于，
9.如权利要求8所述的一种二维材料场效应晶体管器件的制备方法，其特征在于，
10.如权利要求7所述的一种二维材料场效应晶体管器件的制备方法，其特征在于，所述方法还包括：
【技术特征摘要】
1.一种二维材料场效应晶体管器件，其特征在于，该器件栅介质层采用固态质子导体膜；该固态质子导体膜在电场影响下，产生h+质子。
2.如权利要求1所述的一种二维材料场效应晶体管器件，其特征在于，
3.如权利要求1所述的一种二维材料场效应晶体管器件，其特征在于，
4.如权利要求1所述的一种二维材料场效应晶体管器件，其特征在于，
5.一种二维材料场效应晶体管器件的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
<...【专利技术属性】
技术研发人员：傅德颐，赵永鑫，胡晋威，朱莲英，宇文明，张荣，
申请(专利权)人：昆山厦大创新中心，
类型：发明
国别省市：
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