[发明专利]二维半导体场效应晶体管及其制备方法和应用

说明书

本申请提供了一种二维半导体场效应晶体管及其制备方法和应用，该制备方法包括以下步骤：S10提供金属电极图案膜；S20将金属电极图案膜转移至二维缓冲材料的表面上，以得到金属电极预图案化缓冲材料；S30对金属电极预图案化缓冲材料进行刻蚀处理，以得到金属/缓冲材料复合电极；S40将二维半导体材料转移至背栅电极上，以得到二维半导体材料/背栅电极堆叠；S50将金属/缓冲材料复合电极转移至二维半导体材料/背栅电极堆叠中二维半导体材料与背栅电极所在表面相反的另一表面上，以得到二维半导体场效应晶体管。该制备方法可以通过减弱费米能级钉扎来降低肖特基势垒，得到具有良好电学性能的二维半导体场效应晶体管。

技术领域

本申请涉及场效应晶体管技术领域，具体涉及一种二维半导体场效应晶体管及其制备方法和应用。

背景技术

随着半导体产业开启了亚10nm节点时代，电路集成的进一步提高需要在纳米尺度上对材料和器件结构进行创新。二维半导体材料是具有原子级厚度的新型片状纳米材料，其横向尺寸从几百纳米到几十微米甚至更大，但只有单个或几个原子层厚度。与体积、零维和一维对应物相比，二维半导体材料的这种独特结构特征赋予它们各种物理、化学、光学、电学等特性。

电极-二维半导体界面在决定二维半导体场效应晶体管的电输运特性方面起着关键作用。然而，传统金属电极的沉积可能会破坏超薄的二维半导体材料，并在电极-二维半导体界面上引入缺陷，导致费米能级钉扎和高的肖特基势垒，从而影响二维半导体场效应晶体管的电学性能。

因此需要提供一种具有较低肖特基势垒的二维半导体场效应晶体管。

发明内容

本申请提供了一种二维半导体场效应晶体管及其制备方法和应用，该制备方法可以通过减弱费米能级钉扎来降低肖特基势垒，得到具有良好电学性能的二维半导体场效应晶体管。

第一方面，本申请提供了二维半导体场效应晶体管的制备方法，包括以下步骤：

S10提供金属电极图案膜；

S20将所述金属电极图案膜转移至二维缓冲材料的表面上，以得到在二维缓冲材料的表面结合有金属电极图案膜的金属电极预图案化缓冲材料；

S30以所述金属电极图案膜作为掩膜，对所述金属电极预图案化缓冲材料进行刻蚀处理，使所述二维缓冲材料图案化，以得到金属/缓冲材料复合电极；

S40将二维半导体材料转移至背栅电极上，以得到二维半导体材料/背栅电极堆叠；

S50将所述金属/缓冲材料复合电极转移至所述二维半导体材料/背栅电极堆叠中二维半导体材料与所述背栅电极所在表面相反的另一表面上，使所述二维缓冲材料处于金属电极与二维半导体材料之间，以得到二维半导体场效应晶体管。

本申请的技术方案中，通过全转移的方法，将金属电极图案膜转移至二维缓冲材料上，再将金属/缓冲复合材料电极转移至二维半导体材料上，可以有效避免光刻、沉积等微纳加工工艺对二维半导体材料以及二维缓冲材料的损伤，由此保证二维半导体材料以及二维缓冲材料的完整性，进而可以减弱费米能级钉扎、降低肖特基势垒，得到具有良好电学性能的二维半导体场效应晶体管。

在本申请的一些实施例中，所述步骤S10中，所述金属电极图案膜中金属为Au、Ag、Cu、In、Bi、Ti、Al、Ni、Pt以及Sc中一种或几种；

可选的，所述金属电极图案膜中金属为Au。

在本申请的一些实施例中，所述步骤S20中，所述二维缓冲材料为石墨烯或六方氮化硼。

在本申请的一些实施例中，所述石墨烯为单晶单层石墨烯。

在本申请的一些实施例中，所述步骤S30具体包括：