【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半导体器件，尤其涉及到一种基于二维半导体材料的薄膜晶体管及其制备方法。
技术介绍
1、自从20世纪50年代后期集成电路专利技术以来，硅材料由于其具有合适的带隙，较高的化学稳定性以及具有很好界面的天然氧化物sio2等优势，一直是微电子领域的主要半导体材料。随着器件沟道尺寸不断微缩，硅基器件面临着迁移率和短沟道效应等方面的问题，摩尔定律正逼近物理极限。
2、二维半导体材料由于其超薄的原子层状结构和独特的物理特性，被认为是突破硅基极限最有希望的候选者之一。在过去的一段时间里面，科学家们利用二维材料及其异质结构在二维晶体管尺寸缩放方面取得了重大进展，将晶体管的物理栅极长度从微米缩小到亚1纳米，实现了对摩尔定律的延续。
3、高质量、低缺陷密度的半导体-氧化物界面是实现高性能晶体管的基础。根据玻尔兹曼输运方程和费米黄金法则的理论模型评估，二维材料以其无悬挂键的钝化表面，可以将散射效应最小化，保证原子尺度厚度下的迁移率。然而由于其表面无悬挂键，在晶体管器件的制备过程中难以通过传统的镀膜方式在二维半导体材料表面形成高质量的致密氧化物，因此很难实现低缺陷密度的半导体-氧化物界面，这对二维晶体管的性能造成了很大的影响，限制了基于二维材料的半导体集成电路的发展。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种具有低缺陷密度的半导体-氧化物界面的基于二维半导体材料的薄膜晶体管及其制备方法。
2、为了解决以上问题，本专利技术的第一方面是提供一种基于二
3、所述易氧化的二维半导体材料的化学式由a元素和b元素组成，所述a元素选自zr、hf、ta、bi和y元素中的一种或两种以上，所述b元素选自s、se和te元素中的一种或两种以上；经原位氧化形成的所述第一绝缘介质层的材料的化学式为aox，x>0；或者是，
4、所述易氧化的二维半导体材料的化学式由所述a元素、所述b元素和o元素组成，经原位氧化形成的所述第一绝缘介质层的材料的化学式为aboy，y>0。
5、优选地，所述半导体有源层的材料采用所述易氧化的二维半导体材料，所述第一绝缘介质层由所述半导体有源层的顶部部分原位氧化形成，所述第一绝缘介质层与所述半导体有源层是一体连接的结构。
6、优选地，所述衬底上依次设置有第一半导体层和第二半导体层，所述第一半导体层的材料是采用与所述易氧化的二维半导体材料不同的二维半导体材料，所述第二半导体层的材料采用所述易氧化的二维半导体材料；
7、所述第一绝缘介质层由所述第二半导体层全部原位氧化形成，所述第一半导体层形成为所述半导体有源层；或者是，所述第一绝缘介质层由所述第二半导体层的顶部部分原位氧化形成，所述第一半导体层和所述第二半导体层未被氧化的部分形成为所述半导体有源层。
8、优选地，所述薄膜晶体管还包括电性连接于所述半导体有源层第一端的源电极和电性连接于所述半导体有源层第二端的漏电极。
9、优选地，所述第一绝缘介质层的厚度为10nm～15nm。
10、优选地，所述第一绝缘介质层还设置有第二绝缘介质层，所述栅电极形成在所述第二绝缘介质层上。
11、优选地，所述第二绝缘介质层的材料为金属氧化物介质材料、high-k介质材料或铁电介质材料。
12、为了解决以上问题，本专利技术的第二方面是提供一种如上所述的基于二维半导体材料的薄膜晶体管的制备方法，包括：
13、提供所述衬底，在所述衬底上依次制备形成第一半导体层和第二半导体层，所述第二半导体层的材料采用所述易氧化的二维半导体材料，所述第一半导体层采用与所述第二半导体层相同或不同的二维半导体材料；
14、采用氧化工艺将所述第二半导体层全部原位氧化形成所述第一绝缘介质层，所述第一半导体层形成为所述半导体有源层；或者是，采用氧化工艺将所述第二半导体层的顶部部分原位氧化形成所述第一绝缘介质层，所述第一半导体层和所述第二半导体层未氧化的部分共同形成为所述半导体有源层；
15、在所述第一绝缘介质层上制备形成所述栅电极。
16、具体地，所述第一半导体层采用与所述第二半导体层相同的所述易氧化的二维半导体材料，所述第一半导体层和所述第二半导体层是同时制备形成的一体结构。
17、具体地，所述第一半导体层和所述第二半导体层是直接制备形成在所述衬底上，或者是，所述第一半导体层和/或所述第二半导体层是先制备形成于另一基底上再剥离转移至所述衬底上；所述氧化工艺为热氧化工艺或氧等离子体氧化工艺或紫外臭氧氧化工艺。
18、本专利技术实施例提供的基于二维半导体材料的薄膜晶体管的制备方法，通过在二维半导体材料上利用原位构建氧化物层的方式，形成二维半导体-氧化物界面，极大地降低了界面的缺陷密度，提高了界面的质量。该氧化物介质层可以直接用于作为晶体管的栅极介质层，也可以以该氧化物介质层为过渡，通过传统镀膜的方式，在氧化物介质层上进一步制备获得厚度致密且均匀的电介质薄膜作为晶体管的栅极介质层，由此提升基于二维半导体材料的晶体管器件的性能。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种基于二维半导体材料的薄膜晶体管，其特征在于，包括依次设置于衬底上的半导体有源层、第一绝缘介质层和栅电极，所述半导体有源层的材料为二维半导体材料，所述第一绝缘介质层是由连接在所述半导体有源层上的易氧化的二维半导体材料原位氧化形成；其中，
2.根据权利要求1所述的基于二维半导体材料的薄膜晶体管，其特征在于，所述半导体有源层的材料采用所述易氧化的二维半导体材料，所述第一绝缘介质层由所述半导体有源层的顶部部分原位氧化形成，所述第一绝缘介质层与所述半导体有源层是一体连接的结构。
3.根据权利要求1所述的基于二维半导体材料的薄膜晶体管，其特征在于，所述衬底上依次设置有第一半导体层和第二半导体层，所述第一半导体层的材料是采用与所述易氧化的二维半导体材料不同的二维半导体材料，所述第二半导体层的材料采用所述易氧化的二维半导体材料；
4.根据权利要求1所述的薄膜晶体管基于二维半导体材料的，其特征在于，所述薄膜晶体管还包括电性连接于所述半导体有源层第一端的源电极和电性连接于所述半导体有源层第二端的漏电极。
5.根据权利要求1-4任一项所述的基于二
6.根据权利要求5所述的基于二维半导体材料的薄膜晶体管，其特征在于，所述第一绝缘介质层还设置有第二绝缘介质层，所述栅电极形成在所述第二绝缘介质层上。
7.根据权利要求6所述的基于二维半导体材料的薄膜晶体管，其特征在于，所述第二绝缘介质层的材料为金属氧化物介质材料、High-k介质材料或铁电介质材料。
8.一种如权利要求1-7任一项所述的基于二维半导体材料的薄膜晶体管的制备方法，其特征在于，包括：
9.根据权利要求8所述的基于二维半导体材料的制备方法，其特征在于，所述第一半导体层采用与所述第二半导体层相同的所述易氧化的二维半导体材料，所述第一半导体层和所述第二半导体层是同时制备形成的一体结构。
10.根据权利要求8或9所述的基于二维半导体材料的制备方法，其特征在于，所述第一半导体层和所述第二半导体层是直接制备形成在所述衬底上，或者是，所述第一半导体层和/或所述第二半导体层是先制备形成于另一基底上再剥离转移至所述衬底上；所述氧化工艺为热氧化工艺或氧等离子体氧化工艺或紫外臭氧氧化工艺。
...【技术特征摘要】
1.一种基于二维半导体材料的薄膜晶体管，其特征在于，包括依次设置于衬底上的半导体有源层、第一绝缘介质层和栅电极，所述半导体有源层的材料为二维半导体材料，所述第一绝缘介质层是由连接在所述半导体有源层上的易氧化的二维半导体材料原位氧化形成；其中，
2.根据权利要求1所述的基于二维半导体材料的薄膜晶体管，其特征在于，所述半导体有源层的材料采用所述易氧化的二维半导体材料，所述第一绝缘介质层由所述半导体有源层的顶部部分原位氧化形成，所述第一绝缘介质层与所述半导体有源层是一体连接的结构。
3.根据权利要求1所述的基于二维半导体材料的薄膜晶体管，其特征在于，所述衬底上依次设置有第一半导体层和第二半导体层，所述第一半导体层的材料是采用与所述易氧化的二维半导体材料不同的二维半导体材料，所述第二半导体层的材料采用所述易氧化的二维半导体材料；
4.根据权利要求1所述的薄膜晶体管基于二维半导体材料的，其特征在于，所述薄膜晶体管还包括电性连接于所述半导体有源层第一端的源电极和电性连接于所述半导体有源层第二端的漏电极。
5.根据权利要求1-4任一项所述的基于二维半导体材料的薄膜晶体...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙富钦，王小伟，张珽，何小钱，周伟凡，
申请(专利权)人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。