[发明专利]基于二维材料的NS叠层晶体管及其制备方法

权利要求书

1.一种基于二维材料的NS叠层晶体管的制备方法，其特征在于，所述NS叠层晶体管由两层或两层以上二维材料为活性层，三层或三层以上石墨烯或者金属作为栅极堆叠共栅组成；所述二维材料为1-15原子层的材料；所述二维材料为 MoS₂、黑磷、MoSe₂、MoTe₂、WS₂或WSe₂；所述制备方法包括：绝缘衬底上埋栅的制备；绝缘衬底上的二维材料生长或者转移；石墨烯或金属栅电极的沉积；半导体二维材料的氧化或者选择性刻蚀；栅电极的选择性刻蚀；与半导体二维材料边缘接触的金属电极的制备，以及和栅电极边缘接触的金属电极的制备，具体步骤如下：

（1）在硅或二氧化硅衬底上通过光刻或者掩模的方法，确定埋栅的位置，淀积形成埋栅电极，栅电极材料为二维石墨烯或者金属导电材料，对于金属电极，先用干法刻蚀，刻蚀出电极的预留厚度，保证形成电极后的表面平整度；

（2）在埋栅电极上沉积一层介质隔层；

（3）在埋栅隔层上制备一层半导体二维材料，并在其上沉积一层介质隔层；

（4）在二维材料隔层上制备一层栅电极，栅电极材料为二维石墨烯或者金属导电材料，然后在其上再沉积一层介质隔层；

（5）重复步骤（3）、步骤（4）中二维材料-栅介质-栅电极-栅介质叠层结构的制备，重复次数为两次以上；

（6）以上述周期性结构的薄膜材料为基础，刻蚀出沟道的形状；首先利用干法刻蚀，在平行电极方向刻蚀出NS叠层晶体管的沟道两个平行边，刻蚀到衬底停止；然后利用选择性湿法刻蚀，刻蚀掉裸露出的栅电极；然后沉积金属电极，与多层半导体二维材料边缘接触，从而将NS叠层晶体管的多层沟道连接起来；

（7）用干法刻蚀，在垂直电极方向刻蚀出NS叠层晶体管的沟道另外两个平行边，并氧化裸露的半导体二维材料边缘使得其绝缘，或者利用选择性湿法刻蚀的方法，刻蚀掉裸露出的半导体二维材料边缘；然后沉积金属电极，与多层栅电极边缘接触，从而将NS叠层晶体管的多层栅电极连接起来。

2.根据权利要求1所述的NS叠层晶体管制备方法，其特征在于，步骤（2）-（4）中所述的用于半导体二维材料和栅电极的介质隔层材料选自二维氮化硼、氧化硅、氧化锆、氧化铪、氧化铝、Si_xC_yO_z、Si_xB_yC_zN_k或其他高K介质材料或类BN的二维绝缘材料。

3.根据权利要求1所述的NS叠层晶体管制备方法，其特征在于，步骤（1）、（4）中所述的金属栅电极材料选自Au、Ag、Pt、Ni、Ti或者Cr。

4.根据权利要求1所述的NS叠层晶体管制备方法，其特征在于，对于栅电极采用石墨烯的情形，其形成的方法为化学气相沉积、金属有机化合物化学气相沉积、分子束外延或者原子层沉积；或者将已生长好的石墨烯晶圆，从其金属或绝缘体衬底上剥离并通过干法或者湿法转移至目标衬底；对于栅电极采用金属的情形，其制备采用紫外、电子束光刻或者硬掩模等方法，包括在金属前驱体层上做出所需图形的掩模，通过物理气相沉积、电子束蒸发或者磁控溅射设备淀积金属电极。

5.根据权利要求1所述的NS叠层晶体管制备方法，其特征在于，步骤（1）、（6）、（7）中，所述的干法刻蚀，是含F⁺的反应离子体刻蚀、等离子体刻蚀或感应耦合等离子体刻蚀；所述对石墨烯的选择性刻蚀是使用H⁺、He⁺、Ar⁺或O₂等离子体干法刻蚀或者二茂铁加盐酸溶液湿法刻蚀；所述对金属电极的选择性刻蚀是使用H₃PO₄、HNO₃、HF、NH₄F其中一种或者几种组成的溶液进行湿法刻蚀；所述的二维材料接触电极使用金属材料选自Au、Ag、Pt、Ni、Ti或者Cr。