[发明专利]一种基于铁电栅介质和薄层二硫化钼沟道的光电晶体管

权利要求书

1.一种基于石墨烯电极、PZT铁电薄膜栅介质和薄层MoS₂沟道的光电晶体管，主要包括源极、漏极、沟道、栅极、栅介质、金属焊盘和衬底，其特征在于以下制备步骤：

a)通过薄膜沉积工艺在衬底上制备一定厚度的导电层，作为栅极；所述薄膜沉积工艺为磁控溅射、脉冲激光沉积、热蒸发或电子束蒸发，所述衬底为SiO₂/Si或SrTiO₃基片，所述导电层为金属或导电氧化物；

b)通过薄膜沉积工艺在栅极上制备一定厚度的PZT铁电薄膜，作为栅介质；所述薄膜沉积工艺为磁控溅射、脉冲激光沉积、溶胶凝胶法或金属有机物化学气相沉积；

c)通过光刻、显影、金属化和剥离工艺在PZT铁电薄膜表面制备出金属焊盘；

d)采用化学气相沉积法在金属衬底上制备出石墨烯；所述金属衬底为Cu或Ni箔；通过石墨烯的转移和图形化工艺，将金属衬底上的石墨烯转移到PZT铁电薄膜表面并将其图形化，作为源极和漏极；石墨烯覆盖金属焊盘边缘部分；

e)将采用机械剥离法或化学气相沉积法制备在SiO₂/Si衬底上的薄层MoS₂通过定点转移工艺转移到PZT铁电薄膜上，覆盖石墨烯源极和漏极两端，作为沟道。

2.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯电极、PZT铁电薄膜栅介质和薄层MoS₂沟道的光电晶体管，其特征在于，源极和漏极材料为石墨烯，沟道材料为薄层MoS₂，栅介质为PZT铁电薄膜，栅极为金属或者导电氧化物，衬底为SiO₂/Si或者SrTiO₃基片；所述石墨烯和薄层MoS₂的厚度均为1-30层。

3.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯电极、PZT铁电薄膜栅介质和薄层MoS₂沟道的光电晶体管，其特征在于，器件为背栅结构，即薄层MoS₂沟道位于PZT铁电薄膜栅介质上表面，栅极位于PZT铁电薄膜栅介质下表面，石墨烯源极和石墨烯漏极分别位于薄层MoS₂沟道两侧且与其接触。

4.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯电极、PZT铁电薄膜栅介质和薄层MoS₂沟道的光电晶体管，其特征在于，将石墨烯转移到PZT铁电薄膜上具体包括如下步骤：首先在石墨烯表面旋涂一层聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)薄膜，然后将其浸泡于FeCl₃或(NH₄)₂S₂O₈腐蚀溶液中，腐蚀掉金属衬底，得到悬浮于腐蚀溶液表面的石墨烯；用PZT铁电薄膜将悬浮在腐蚀溶液中的石墨烯捞起，进行适当热处理；所述热处理温度为60-150℃，时间为30分钟；用丙酮去掉石墨烯表面的PMMA，最终得到表面覆盖有石墨烯的PZT铁电薄膜。

5.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯电极、PZT铁电薄膜栅介质和薄层MoS₂沟道的光电晶体管，其特征在于，所述石墨烯图形化工艺步骤具体如下：首先在石墨烯薄膜表面旋涂一层光刻胶或PMMA，用紫外光刻或电子束曝光工艺将光刻胶或PMMA图形化，利用光刻胶或PMMA作为掩膜，结合干法刻蚀工艺制备出所需图形的石墨烯薄膜。

6.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯电极、PZT铁电薄膜栅介质和薄层MoS₂沟道的光电晶体管，其特征在于，所述薄层MoS₂定点转移工艺步骤具体如下：在采用机械剥离法或化学气相沉积法制备在SiO₂/Si衬底上的薄层MoS₂表面旋涂一层PMMA，将PMMA/MoS₂/SiO₂/Si切成3mm×3mm的小块，然后将其投入到一定浓度的氢氟酸水溶液中，待SiO₂溶解后，PMMA/MoS₂会漂浮在溶液表面，将其转移到去离子水中漂洗2-3次后，用微探针在光学显微镜下将PMMA/MoS₂转移至PZT铁电薄膜上，覆盖石墨烯源极和漏极两端，用丙酮去掉MoS₂表面的PMMA。