一种基于范德华接触金属电极的二维薄膜材料器件制备方法

本发明属于光电子器件制造领域，具体涉及一种基于范德华接触金属电极的二维薄膜材料器件制备方法。

背景技术：

1、当前，对于新型半导体二维薄膜材料器件的研究主要集中于构建基于半导体二维薄膜材料的晶体管。如何利用半导体二维薄膜材料良好的单晶晶格结构和规则的原子排列提高器件的载流子迁移率、光电器件的开关比及光响应度和光灵敏度等电学和光电性能等，是二维材料和器件研究的重点。

2、金属/半导体结是半导体二维材料光电器件的重要组成部分。然而传统的金属电极是通过曝光和热蒸镀或等离子体辅助溅射等方法制作而成，这个过程对于层厚较厚(微米级)的半导体薄膜材料影响很小；但当半导体薄膜材料的层厚降低到原子尺度(1纳米尺度)时，二维材料的面即是体，这个过程中因为光学曝光存在不可避免的化学试剂对二维薄膜材料的污染，同时在金属电极沉积时存在较高工艺温度，以及高能粒子轰击过程中粒子冲击对二维材料晶格结构的损伤，从而在金属电极和材料的接触区域导致大量的缺陷，难以实现理想的金属半导体肖特基接触，严重降低器件性能。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提出一种基于范德华接触金属电极的二维薄膜材料器件制备方法，包括以下步骤：

2、s1：将洁净的si/sio2或si作为衬底，通过匀胶机在准备好的衬底上旋涂光刻胶并进行烘烤处理；

3、s2：将涂好光刻胶的衬底放入二元曝光机中进行曝光，并使用预先制作好的电极掩模板对衬底进行掩膜；

4、s3：对曝光完成的衬底进行显影；

5、s4：采用磁控溅射的方法对显影完的衬底进行金属电极沉积，并去除衬底上的光刻胶；

6、s5：将8wt％的pmma旋涂在预先沉积了金属电极的衬底上，并在150°下加热30min使pmma固化成膜状；

7、s6：将固化后的带有金属电极的膜状pmma从衬底上揭下，并转移到提前附有pdms的载玻片上，并将载玻片固定到3d转移平台上；

8、s7：通过观察光学显微镜上的图像将金属薄膜电极微区对准后，移动到待转移的二维薄膜材料的目标区域，在二维薄膜材料上生长得到带有pmma薄膜的二维薄膜材料范德华电极晶体管；

9、s8：对带有pmma薄膜的二维薄膜材料范德华电极晶体管进行退火处理和去杂处理，得到洁净、平整的二维薄膜材料范德华金属电极器件。

10、本发明的有益效果：

11、本发明采用金属电极转移的方式制备金属电极器件相较于利用传统器件电极工艺在二维薄膜材料上直接淀积金属电极而言，避免了传统电极工艺由于高温或金属原子团的高能冲击对二维材料造成的金属、二维材料界面的损伤，能有效地保护器件电极的金属/二维材料界面，因而具有更好的器件可靠性，并且工艺适用于大规模器件阵列的制备；

12、本发明制备的范德华电极器件具有良好的电学和光电特性，在半导体二维薄膜材料的电学和光电器件应用领域具有巨大的潜力。

技术特征：

1.一种基于范德华接触金属电极的二维薄膜材料器件制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权力要求1所述的一种基于范德华接触金属电极的二维薄膜材料器件制备方法，其特征在于，所述光刻胶包括：s1805光刻胶和lor光刻胶。

3.根据权利要求1所述的一种基于范德华接触金属电极的二维薄膜材料器件制备方法，其特征在于，通过匀胶机在准备好的衬底上旋涂光刻胶并进行烘烤处理，包括：

4.根据权力要求1所述的一种基于范德华接触金属电极的二维薄膜材料器件制备方法，其特征在于，所述进行显影的材料为az300显影液。

5.根据权利要求1所述的一种基于范德华接触金属电极的二维薄膜材料器件制备方法，其特征在于，所述s4中的沉积的金属电极为au，厚度为50nm。

6.根据权利要求1所述的一种基于范德华接触金属电极的二维薄膜材料器件制备方法，其特征在于，所述目标二维薄膜材料，包括：通过化学气相沉积法在si/sio2衬底上生长得到的ws2二维薄膜材料。

7.根据权利要求1所述的一种基于范德华接触金属电极的二维薄膜材料器件制备方法，其特征在于，在目标二维薄膜材料上生长得到带有pmma薄膜的范德华电极晶体管，包括：

8.根据权利要求1所述的一种基于范德华接触金属电极的二维薄膜材料器件制备方法，其特征在于，对带有pmma薄膜的ws2范德华电极晶体管进行退火处理和去杂处理，包括：

技术总结
本发明属于光电子器件制造领域，具体涉及一种基于范德华接触金属电极的二维薄膜材料器件制备方法，包括：在衬底上旋涂光刻胶并进行烘烤处理；将涂好光刻胶的衬底进行曝光和掩膜，并进行显影；对显影完的衬底进行金属电极沉积；将PMMA旋涂在预先沉积了金属电极的衬底上，并加热成膜状；将带有金属电极的膜状PMMA揭下，并转移到旋涂有PDMS的载玻片上；将载玻片固定到3D转移平台上，通过观察光学显微镜上的图像将金属薄膜电极微区对准，生长得到范德华电极晶体管；对范德华电极晶体管进行退火和去杂处理。本发明制备金属电极器件能有效地保护器件电极的金属/二维材料界面，因而具有更好的器件可靠性和良好的电学和光电特性。

技术研发人员：陈思凯,赵洪泉,石轩,王春香
受保护的技术使用者：重庆邮电大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13