[发明专利]一种二维材料场效应晶体管的制备方法

说明书

本发明涉及半导体晶体管技术领域，具体公开一种二维材料场效应晶体管的制备方法。所述制备方法包括如下步骤：在绝缘衬底上生长或转移二维材料层；在所述二维材料层表面依次蒸镀第一金属层和第二金属层；旋涂台面胶，光刻显影，腐蚀台面外金属；去除台面胶，旋涂电极光刻胶，光刻显影，蒸镀源漏电极并剥离；旋涂电子束光刻胶，曝光并显影，得到沟道图形，腐蚀第二金属层得栅槽，并清洗；使栅槽处第一金属层自氧化得到栅介质，蒸发栅金属并剥离。本发明提供的制备方法只腐蚀沟道处的第二金属层，使第一金属层自氧化形成栅介质，沟道处的二维材料不接触任何溶液避免污染问题出现，得到超洁净的二维材料场效应晶体管。

技术领域

本发明涉及半导体晶体管技术领域，尤其涉及一种二维材料场效应晶体管的制备方法。

背景技术

二维材料，如石墨烯、二硫化钼、碳纳米管、二硫化钨等，具有与体材料完全不同的新奇性能，由二维材料制备的晶体管，可以应用于探测器，数字电路及射频电路中。

目前，传统的自对准晶体管制备技术是在二维材料表面蒸镀Au保护层，并使用自对准工艺腐蚀出二维材料沟道，再于沟道表面沉积栅介质和栅电极。然而，在制备过程中，通常会在二维材料表面残留Au和引入金属腐蚀液杂质，或Au腐蚀液与二维硫化物材料进行反应，造成晶体管沟道的污染破坏，降低了晶体管的性能。

发明内容

针对现有自对准晶体管制备技术中存在的上述技术问题，本发明提供一种二维材料场效应晶体管的制备方法。

为达到上述发明目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种二维材料场效应晶体管的制备方法，包括如下步骤：

S1，在绝缘衬底上生长或转移二维材料层；

S2，在所述二维材料层表面依次蒸镀第一金属层和第二金属层，所述第一金属层为Ti或Ni，所述第二金属层为Au；

S3，在所述第二金属层表面旋涂台面胶，光刻显影形成台面图形，使用氧等离子体隔离台面，并用金属腐蚀液腐蚀台面外金属；

S4，去除台面胶，旋涂电极光刻胶，光刻显影，得到源漏电极图形，蒸镀源漏电极并剥离电极光刻胶；

S5，旋涂电子束光刻胶，进行曝光并显影，得到沟道图形，腐蚀沟道图形处的第二金属层形成栅槽，并清洗；

S6，在空气气氛下，使栅槽处第一金属层中的Ti或Ni自氧化形成栅介质，蒸发栅金属并剥离，得到二维材料场效应晶体管。

相对于现有技术，本发明提供的二维材料场效应晶体管的制备方法，在二维材料表面依次蒸镀由Ti或Ni形成的第一金属层和由Au形成的第二金属层，采用两种金属层作为二维材料的保护层，在自对准工艺过程中，只腐蚀沟道处的第二金属层的Au而保留第一金属层的Ti或Ni，使Ti或Ni暴露在空气中自氧化形成TiO₂或NiO栅介质，再在栅介质上形成栅，整个晶体管制作过程中沟道处的二维材料不会接触到任何溶液，可以有效的解决现有二维材料晶体管制作过程中材料表面被污染的问题，达到提升二维材料晶体管性能的目的。

进一步地，步骤S1中，所述绝缘衬底为二氧化硅、蓝宝石、金刚石、碳化硅、氧化镓、氮化镓或砷化镓衬底中的一种。

进一步地，步骤S1中，所述二维材料层为单层或多层。

进一步地，步骤S1中，二维材料为石墨烯、碳纳米管、MoS₂、WS₂、MoSe₂、WSe₂、ReSe₂、SnSe₂、PtSe₂、PdS₂、MoTe₂或GaTe中的一种。