[发明专利]范德华间隙场效应晶体管及其制备方法

说明书

本发明提供了一种范德华间隙场效应晶体管，所述晶体管具有过饱和氧增大物理吸附界面，包括衬底，在所述衬底上形成半导体沟道层，栅极介电层位于所述半导体沟道层上方并与之交叠，所述栅极介电层通过将二硫化铪氧化成二氧化铪制成。本发明利用臭氧处理机的富氧环境对二维材料进行可控充分氧化，实现了过饱和氧增大物理吸附界面的范德华间隙场效应晶体管，制备简单，性能卓越，可控性强。

技术领域

本发明属于微电子科学技术领域，具体涉及一种基于过饱和氧增大物理吸附界面的范德华间隙场效应晶体管及其制备方法。

背景技术

随着传统的硅基晶体管不断微缩，摩尔定律正面临极限挑战，急需探索新的几何结构和新型材料代替。二维材料(例如二硫化钼(MoS₂)、二硫化钨(WS₂)等)因单原子层厚度和独特的物理属性引起了科学界及工业界的极大关注，在制备高性能晶体管、新型光电器件及电逻辑器件等方向有着巨大的潜在应用前景。但二维材料表面缺乏悬挂键，高质量的栅极介电质沉积是基于二维材料晶体管制备过程中面临的重大挑战，为了实现大规模的工业应用，如何在确保材料无损的情况下制备均匀高质量栅极介电质薄膜是二维材料从实验室转型到工程应用的关键。

近年来，现有技术中提出了多种解决方案，例如通过预沉积金属创造成核点，或是采用插入有机分子作为缓冲层，这些方案都不可避免的导致掺杂和缺陷的引入，致使影响界面状态大大下降。此外，工艺的步骤繁琐也是不利于降低生产成本的重要因素。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，探索一种高质量的栅极介电层制备工艺，在避免材料无损伤的同时，简化复杂的工艺过程带来的不可控掺杂影响，并且极大地发挥出材料的本征性能是本发明的出发点，也是最终目标。本发明提出了一种基于过饱和氧增大物理吸附界面的范德华间隙场效应晶体管及其制备方法。

一种范德华间隙场效应晶体管，所述晶体管具有过饱和氧增大物理吸附界面，包括衬底，在所述衬底上形成半导体沟道层，栅极介电层位于所述半导体沟道层上方并与之交叠，所述栅极介电层通过将二硫化铪氧化成二氧化铪制成。

可选的，所述半导体沟道层与栅极介电层之间由范德华力作用形成物理堆叠；在所述半导体沟道层的两端和栅极介电层上形成金属电极；所述半导体沟道层与栅极介电层十字交叉；在臭氧处理机中对二硫化铪实现富氧环境全覆盖，二硫化铪被氧化成二氧化铪，同时过饱和的氧原子增大半导体沟道层与栅极介电层间的范德华间隙。

一种范德华间隙场效应晶体管制备方法，所述晶体管具有过饱和氧增大物理吸附界面，包括以下步骤：S1：在第一衬底上形成半导体沟道层，获得第一样品；S2：在第二衬底上形成易氧化二硫化铪薄膜，获得第二样品；S3：将第二样品上的二硫化铪薄膜物理转移至所述第一样品的半导体沟道层上，获得第三样品；S4：将所述第三样品放入臭氧处理机形成的富氧环境中进行功能化全覆盖，将所述二硫化铪薄氧化成二氧化铪，从而形成栅极介电层；S5：通过覆胶、曝光在所述半导体沟道层沟道的两端以及所述栅极介电层上形成裸露的电极区域；S6：在所述电极区域上形成金属电极。

可选的，所述半导体沟道层与栅极介电层之间由范德华力作用形成物理堆叠；在所述半导体沟道层的两端和栅极介电层上形成金属电极；所述半导体沟道层与栅极介电层十字交叉；在臭氧处理机中对二硫化铪实现富氧环境全覆盖，二硫化铪被氧化成二氧化铪，同时过饱和的氧原子增大半导体沟道层与栅极介电层间的范德华间隙。