[发明专利]场效应晶体管及其制备方法

说明书

本申请涉及半导体电子器件技术领域，尤其涉及一种场效应晶体管及其制备方法。场效应晶体管包括：衬底；二硒化钨层，形成于衬底上；源极和漏极，形成于二硒化钨层上；其中，源极和漏极之间的沟道下方的二硒化钨层具有水平同质PN结，水平同质PN结由相邻的本征N+型二硒化钨层和P+型掺杂二硒化钨层形成，P+型掺杂二硒化钨层上形成有钨氧化物外延层。本申请场效应晶体管具有低接触电阻和高光响应特性，用于光电探测器中具有卓越的光探测率，具有很好的应用前景。

技术领域

本申请属于半导体电子器件技术领域，尤其涉及一种场效应晶体管及其制备方法。

背景技术

场效应晶体管(Field Effect Transistor，FET)简称场效应管，是一种利用控制输入回路的电场效应来控制输出回路电流的半导体器件，由多数载流子参与导电，具有输入电阻高、噪声小、功耗低、动态范围大、易于集成、没有二次击穿现象、安全工作区域宽等优点。场效应晶体管一般都有栅极(Gate)、漏极(Drain)、源极(Source)三个端。近年有尝试将二维层状材料用于场效应晶体管中。

二硒化钨(WSe₂)具有独特的可调谐带隙的层状结构，已被探索成为用于光伏电池和光电探测器的下一代半导体材料。构建PN结是增强WSe₂光响应特性的有效途径，但高质量的基于WSe₂ PN结的光电探测器合成仍面临一些挑战，例如制造工艺复杂、光响应性低、此外，目标材料难以准确定位到另一个薄片上，结处的范德华(vdW)间隙会抑制载流子电荷转移，从而降低器件性能。

肖特基势垒(Schottky Barrier，SB)形成在WSe₂和金属之间的界面处，这将导致高的接触电阻，而WSe₂和金属之间的高接触电阻(Rc)是构建基于WSe₂的高性能光电探测器的关键障碍。所以，制造具有低接触电阻的原位2D WSe₂的PN同质结在技术上仍然具有挑战性。

发明内容

本申请的目的在于提供一种场效应晶体管及其制备方法，旨在解决如何提供性能优异的具有水平同质PN结的场效应晶体管题。

为实现上述申请目的，本申请采用的技术方案如下：

第一方面，本申请提供一种场效应晶体管，场效应晶体管包括：

衬底；

二硒化钨层，形成于衬底上；

源极和漏极，形成于二硒化钨层上；

其中，源极和漏极之间的沟道下方的二硒化钨层具有水平同质PN结，水平同质PN结由相邻的本征N+型二硒化钨层和P+型掺杂二硒化钨层形成，P+型掺杂二硒化钨层上形成有钨氧化物外延层。

第二方面，本申请提供一种上述场效应晶体管的制备方法，包括以下步骤：

在衬底上制备初始二硒化钨层；

在初始二硒化钨层上制备源极和漏极；

在源极和漏极之间的沟道下方的初始二硒化钨层部分表面进行氧等离子体处理形成水平同质PN结。

本申请第一方面提供的场效应晶体管是一种水平二硒化钨PN结型场效应晶体管，该场效应晶体管的源极和漏极之间的沟道下方的二硒化钨层具有水平同质PN结，通过相邻的本征N+型二硒化钨层和P+型掺杂二硒化钨层形成。这样的水平同质PN结界面处相比异质结界面，不需要克服范德华力以及其他杂质影响，从而吸引了大量的自由电子往钨氧化物外延层转移，形成了欧姆接触，因此本申请场效应晶体管具有低接触电阻和高光响应特性，用于光电探测器中具有卓越的光探测率，具有很好的应用前景。