一种肖特基栅场效应晶体管及其制备方法与应用与流程

本发明属于微电子技术领域，更具体地，涉及一种肖特基栅场效应晶体管及其制备方法与应用。

背景技术：

作为最早发现的二维材料，石墨烯由于具有独特的物理化学性能和在纳米光电子领域的巨大应用潜力，近年来吸引了人们大量的关注和研究。然而，石墨烯的零带隙特性限制了其在纳米电子领域中的应用。尽管人们用各种各样的方法来打开它的带隙，但打开的带隙很小，起到的效果甚微。最近几年，作为石墨烯的替代选择，二维过渡金属硫族化物(tmds)正在逐步兴起，它们拥有一定大小的带隙(1-3ev)并且展示了优异了光电性能。例如，基于单层或几层mos2的场效应晶体管表现出了优良的场效应开关比和较大的室温电子迁移率。另外，基于二维tmds的光探测器也展现出了非常高的光敏度和快速的光响应性能。

近年来，由单晶材料垂直叠加而成的范德瓦尔斯异质结也迅速兴盛起来。范德瓦尔斯异质结是由不同二维材料叠加在一起的，它可以继承单一组分优良的光电性质，也可以表现出独特的器件功能。这些人工异质结具有强烈的光-物相互作用和优良的光学性能，使它们能够广泛应用在光电子器件中，如光电二极管、光伏电池、光催化和leds等等。例如，基于石墨烯和mos2异质结的垂直场效应晶体管(fets)的开关比可达1000，电流密度达到了5000acm^-2。它们还表现出了卓越的多重光电功能，包括高敏感光探测和栅压可调控稳态光电导性能，最大内量子效率可达85％的可调控光电流产生性能，以及巨大的信息存储功能。

无独有偶，与二维半导体p-n异质结有着相似整流特性的二维半导体肖特基势垒fets近年来也正逐渐被人们所研究。对于传统半导体材料的常规金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)，随着沟道长度的减小，源漏区的耗尽层宽度变得可以与沟道长度比拟，此时沟道中的电势分布变为两维分布，缓变沟道近似不再成立，出现短沟效应，使亚阈特性变差，从而破坏了器件的性能。为了消除短沟效应，肖特基势垒fets便应运而生。对于新型二维半导体材料肖特基势垒fets，人们发现它们具有许多独特的性能。例如，高的开关比和迁移率，快速的光响应速度，低电压低功耗等等。然而，目前二维材料肖特基器件主要是源漏电极的肖特基接触，无法很好地解决短沟道效应问题，关于肖特基栅电极的研究尚未见报道。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种肖特基栅场效应晶体管的制备方法。该方法具有制备工艺简单，可实现阵列、批量生产。

本发明的另一目的在于提供一种上述方法制备的肖特基栅场效应晶体管。该肖特基栅场效应晶体管具有尺寸小、开关比高、迁移率高以及能够很好地消除短沟道效应等优点。

本发明的再一目的在于提供一种上述肖特基栅场效应晶体管的应用。

本发明上述目的通过以下技术方案予以实现：

一种肖特基栅场效应晶体管的制备方法，包括如下具体步骤：

s1.在衬底上制备二维材料，将光刻胶旋涂在衬底和二维材料上；

s2.光刻曝光和显影后，在步骤s1中载有二维材料的衬底样品上镀金属，洗掉光刻胶，然后在气体氛围中退火，形成源电极和漏电极；

s3.在步骤s2中形成源电极和漏电极的样品上继续旋涂光刻胶，然后光刻曝光和显影，在上述样品上镀金属，形成肖特基栅电极；

s4.洗掉光刻胶，制得肖特基栅场效应晶体管。

优选地，步骤s1中所述衬底为硅、氧化硅、石英、蓝宝石或碳化硅。

优选地，步骤s1中所述的二维材料为石墨烯、黑磷、mos2、ws2、mose2、wse2、mote2、wte2、h-bn、gas、gase、tis2、tas2、tase2、nite2、nise2、zrs2或zrse2。

优选地，所述石墨烯、黑磷、mos2、ws2、mose2、wse2、mote2、wte2、h-bn、gas、gase、tis2、tas2、tase2、nite2、nise2、zrs2或zrse2的厚度为0.5～20nm。

优选地，步骤s2中所述退火的温度为100～500℃，所述气体为n2或ar，步骤s2中所述源电极和漏电极相同。

优选地，步骤s3中所述金属为au、cu、ni、ti、cr、ag、al、pt或pd中的一种或任意两种。

更为优选地，所述au、cu、ni、ti、cr、ag、al、pt或pd的厚度为5～1000nm。

上述方法制备的肖特基栅场效应晶体管，所述肖特基栅场效应晶体管包括衬底、二维材料、源电极、漏电极和肖特基栅电极。

上述肖特基栅场效应晶体管在光电子器件领域中的应用。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1.本发明采用光刻及直接蒸镀金属相结合的方法制得肖特基栅场效应晶体管，制备工艺简单，可实现阵列、批量生产。

2.本发明的肖特基栅电极能够起到整流作用，抑制漏电流，改善器件的开关性能。

3.本发明肖特基栅场效应晶体管具有尺寸小、开关比高、迁移率高以及能够很好地消除短沟道效应等优点，能够为拓宽二维材料器件的应用领域。

附图说明

图1是肖特基栅场效应晶体管的制备方法流程示意图。

图2是肖特基栅场效应晶体管的俯视示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。

实施例1

图1为肖特基栅场效应晶体管的制备方法流程示意图，其中1为衬底，2为二维材料，3为源电极，4为漏电极，5为肖特基栅电极，6为光刻胶，包括以下步骤：

1.利用化学气相沉积的法在硅片衬底1上制备ws2二维材料2，ws2的厚度为0.5nm，如图1(1)所示。

2.在硅片衬底1和ws2二维材料2上旋涂厚度为2μm的光刻胶6，如图1(2)所示。

3.光刻曝光和显影(图1(3)所示)后，在载有ws2二维材料2的硅片衬底1样品上镀厚度为50nm的ti，形成源电极3和漏电极4，如图1(4)所示。

4.洗掉光刻胶6，然后在n2氛围中100℃退火0.5h，如图1(5)所示。

5.在步骤4的样品上继续旋涂光刻胶6，如图1(6)所示。

6.在步骤5的样品上光刻曝光和显影(图1(7)所示)，在上述样品上镀厚度为5nm的pt，形成肖特基栅电极5，如图1(8)所示。

7.洗掉光刻胶6，制得肖特基栅场效应晶体管，如图1(9)所示。

图2为肖特基栅场效应晶体管的俯视示意图。其中1为衬底，2为二维材料，3为源电极，4为漏电极，5为肖特基栅电极。源电极3、漏电极4和肖特基栅电极5分别在二维材料2上，构成了肖特基栅场效应晶体管。

实施例2

与实施例1的区别在于：所述二维材料为zrse2，zrse2的厚度为20nm；所述退火温度为500℃，气体氛围为ar；所述肖特基栅电极为金属ni，ni的厚度为1000nm。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合和简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。