[发明专利]一种二硫化钨晶体管及其制造方法

说明书

本发明公开了一种二硫化钨晶体管及其制造方法，该晶体管中通过对二维二硫化钨层进行等离子体处理，从而有效的修复二维二硫化钨层中硫空位和内部缺陷，使N和O提供电子来代替空位，从而减少缺陷导致的额外的散射；同时，N和O掺杂改善了二硫化钨的内部电阻和接触电阻，从而减少了界面陷阱；本发明的二硫化钨晶体管可以实现高场效应迁移率和低阈值电压，具有很好的器件性能。

本发明获得国家重点研发计划“战略先进电子材料”重点专项“微纳生化传感材料与器件”项目(2017YFB0405400)的支持。

技术领域

本发明涉及一种晶体管，尤其涉及二维材料场效应晶体管。

背景技术

二硫化钨是典型的过渡金属硫化物半导体，带隙范围约1.4-2.1 eV，具体数值取决于其层数。二硫化钨薄膜具有优异的电子和光电性能，近年来二硫化钨在电子和光电子器件应用方面引起了人们的关注。

对二硫化钨物理性质的研究已经投入了很大的努力。材料结构性的缺陷和陷阱导致了比理论低的迁移率。在金属/半导体界面处的杂质和缺陷以及金属半导体功函数不匹配导致的肖特基势垒也会极大的影响器件的性能。一些报道虽然展示了好的结果，但是由于二维材料内部电阻，整体的结束电阻仍然相当高。因此，仍然缺乏能够解释传输现象以及缺陷和界面工程以进一步改善二硫化钨器件性能和降低接触电阻的晶体管制造方法。

发明内容

本发明公开了一种二硫化钨晶体管及其制造方法，其具有较高的载流子迁移率和较小的阈值电压，具有很好的器件性能。

本发明的二硫化钨晶体管的制造方法包括如下步骤：

基片准备；

优选的，该基片为硅片；

在基片上形成栅极；

优选的，栅极为直接在半导体衬底上通过重掺杂形成的栅极部；

在栅极上形成第一介质层，在第一介质层上形成第二介质层；

优选的，形成第一介质层的方法为热氧化；

优选的，形成第二介质层的方法为原子层沉积；

优选的，该第一介质层为二氧化硅层；该第一介质层的厚度为 50-150nm；更优选的，该第一介质层的厚度为80-120nm；

优选的，该第二介质层为三氧化二铝层，该第二介质层的厚度为 5-15nm；更优选的，该第一介质层的厚度为8-12nm；

在介质层上形成二维半导体材料层，其中半导体材料为二硫化钨；

对二硫化钨进行等离子体处理；其中，等离子处理的气体为氮氧混合气体；处理时间为3-8分钟；

在处理后的二硫化钨层上形成源/漏电极；

优选的，通过电子束蒸发沉积形成源/漏电极；

优选的，源/漏电极的材料是钛/金合金。

在二硫化钨和源/漏电极上形成第三介质层，该第三介质层为 PMMA层，得到二硫化钨晶体管；

优选的，该第三介质层的厚度为200-300nm；更优选的，该第一介质层的厚度为230-270nm。

本发明的二硫化钨晶体管包括：

基片；

位于基片上的栅极；

位于栅极上的第一介质层；

位于第一介质层上的第二介质层；

位于第二介质层上的多层二维半导体层，该二维半导体层为二维二硫化钨层；