[发明专利]一种基于铁电栅介质和薄层二硫化钼沟道的光电晶体管

摘要

本发明属于微纳半导体光电子器件领域，具体涉及一种基于铁电栅介质和薄层MoS₂沟道的光电晶体管及其制备方法。该器件包括源极、漏极、沟道、栅极、栅介质、金属焊盘和衬底。源极和漏极为石墨烯，沟道为薄层MoS₂，栅介质为PZT铁电薄膜。相比之前同类器件，本发明具有如下优点：1)PZT铁电薄膜大的介电常数提高了栅极对沟道载流子的调控能力；2)PZT铁电薄膜可以利用其剩余极化场强来调控沟道载流子，降低器件功耗；3)PZT铁电薄膜相比有机铁电材料P(VDF‑TrFE)，具有高剩余极化、低矫顽场强、性质稳定且与微电子工艺兼容等优点；4)石墨烯作为源极和漏极，能增强信号光透过率，提高器件光响应度和增益等性能。

主权项

1.一种基于石墨烯电极、PZT铁电薄膜栅介质和薄层MoS₂沟道的光电晶体管，主要包括源极、漏极、沟道、栅极、栅介质、金属焊盘和衬底，其特征在于以下制备步骤：a)通过薄膜沉积工艺在衬底上制备一定厚度的导电层，作为栅极；所述薄膜沉积工艺为磁控溅射、脉冲激光沉积、热蒸发或电子束蒸发，所述衬底为SiO₂/Si或SrTiO₃基片，所述导电层为金属或导电氧化物；b)通过薄膜沉积工艺在栅极上制备一定厚度的PZT铁电薄膜，作为栅介质；所述薄膜沉积工艺为磁控溅射、脉冲激光沉积、溶胶凝胶法或金属有机物化学气相沉积；c)通过光刻、显影、金属化和剥离工艺在PZT铁电薄膜表面制备出金属焊盘；d)采用化学气相沉积法在金属衬底上制备出石墨烯；所述金属衬底为Cu或Ni箔；通过石墨烯的转移和图形化工艺，将金属衬底上的石墨烯转移到PZT铁电薄膜表面并将其图形化，作为源极和漏极；石墨烯覆盖金属焊盘边缘部分；e)将采用机械剥离法或化学气相沉积法制备在SiO₂/Si衬底上的薄层MoS₂通过定点转移工艺转移到PZT铁电薄膜上，覆盖石墨烯源极和漏极两端，作为沟道。