本發(fā)明屬于微電子技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種肖特基柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)：

作為最早發(fā)現(xiàn)的二維材料，石墨烯由于具有獨(dú)特的物理化學(xué)性能和在納米光電子領(lǐng)域的巨大應(yīng)用潛力，近年來吸引了人們大量的關(guān)注和研究。然而，石墨烯的零帶隙特性限制了其在納米電子領(lǐng)域中的應(yīng)用。盡管人們用各種各樣的方法來打開它的帶隙，但打開的帶隙很小，起到的效果甚微。最近幾年，作為石墨烯的替代選擇，二維過渡金屬硫族化物(tmds)正在逐步興起，它們擁有一定大小的帶隙(1-3ev)并且展示了優(yōu)異了光電性能。例如，基于單層或幾層mos2的場(chǎng)效應(yīng)晶體管表現(xiàn)出了優(yōu)良的場(chǎng)效應(yīng)開關(guān)比和較大的室溫電子遷移率。另外，基于二維tmds的光探測(cè)器也展現(xiàn)出了非常高的光敏度和快速的光響應(yīng)性能。

近年來，由單晶材料垂直疊加而成的范德瓦爾斯異質(zhì)結(jié)也迅速興盛起來。范德瓦爾斯異質(zhì)結(jié)是由不同二維材料疊加在一起的，它可以繼承單一組分優(yōu)良的光電性質(zhì)，也可以表現(xiàn)出獨(dú)特的器件功能。這些人工異質(zhì)結(jié)具有強(qiáng)烈的光-物相互作用和優(yōu)良的光學(xué)性能，使它們能夠廣泛應(yīng)用在光電子器件中，如光電二極管、光伏電池、光催化和leds等等。例如，基于石墨烯和mos2異質(zhì)結(jié)的垂直場(chǎng)效應(yīng)晶體管(fets)的開關(guān)比可達(dá)1000，電流密度達(dá)到了5000acm^-2。它們還表現(xiàn)出了卓越的多重光電功能，包括高敏感光探測(cè)和柵壓可調(diào)控穩(wěn)態(tài)光電導(dǎo)性能，最大內(nèi)量子效率可達(dá)85％的可調(diào)控光電流產(chǎn)生性能，以及巨大的信息存儲(chǔ)功能。

無獨(dú)有偶，與二維半導(dǎo)體p-n異質(zhì)結(jié)有著相似整流特性的二維半導(dǎo)體肖特基勢(shì)壘fets近年來也正逐漸被人們所研究。對(duì)于傳統(tǒng)半導(dǎo)體材料的常規(guī)金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(mosfet)，隨著溝道長(zhǎng)度的減小，源漏區(qū)的耗盡層寬度變得可以與溝道長(zhǎng)度比擬，此時(shí)溝道中的電勢(shì)分布變?yōu)閮删S分布，緩變溝道近似不再成立，出現(xiàn)短溝效應(yīng)，使亞閾特性變差，從而破壞了器件的性能。為了消除短溝效應(yīng)，肖特基勢(shì)壘fets便應(yīng)運(yùn)而生。對(duì)于新型二維半導(dǎo)體材料肖特基勢(shì)壘fets，人們發(fā)現(xiàn)它們具有許多獨(dú)特的性能。例如，高的開關(guān)比和遷移率，快速的光響應(yīng)速度，低電壓低功耗等等。然而，目前二維材料肖特基器件主要是源漏電極的肖特基接觸，無法很好地解決短溝道效應(yīng)問題，關(guān)于肖特基柵電極的研究尚未見報(bào)道。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種肖特基柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備方法。該方法具有制備工藝簡(jiǎn)單，可實(shí)現(xiàn)陣列、批量生產(chǎn)。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種上述方法制備的肖特基柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管。該肖特基柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管具有尺寸小、開關(guān)比高、遷移率高以及能夠很好地消除短溝道效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明的再一目的在于提供一種上述肖特基柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管的應(yīng)用。

本發(fā)明上述目的通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

一種肖特基柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備方法，包括如下具體步驟：

s1.在襯底上制備二維材料，將光刻膠旋涂在襯底和二維材料上；

s2.光刻曝光和顯影后，在步驟s1中載有二維材料的襯底樣品上鍍金屬，洗掉光刻膠，然后在氣體氛圍中退火，形成源電極和漏電極；

s3.在步驟s2中形成源電極和漏電極的樣品上繼續(xù)旋涂光刻膠，然后光刻曝光和顯影，在上述樣品上鍍金屬，形成肖特基柵電極；

s4.洗掉光刻膠，制得肖特基柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管。

優(yōu)選地，步驟s1中所述襯底為硅、氧化硅、石英、藍(lán)寶石或碳化硅。

優(yōu)選地，步驟s1中所述的二維材料為石墨烯、黑磷、mos2、ws2、mose2、wse2、mote2、wte2、h-bn、gas、gase、tis2、tas2、tase2、nite2、nise2、zrs2或zrse2。

優(yōu)選地，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的厚度為0.5～20nm。

優(yōu)選地，步驟s2中所述退火的溫度為100～500℃，所述氣體為n2或ar，步驟s2中所述源電極和漏電極相同。

優(yōu)選地，步驟s3中所述金屬為au、cu、ni、ti、cr、ag、al、pt或pd中的一種或任意兩種。

更為優(yōu)選地，所述au、cu、ni、ti、cr、ag、al、pt或pd的厚度為5～1000nm。

上述方法制備的肖特基柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管，所述肖特基柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管包括襯底、二維材料、源電極、漏電極和肖特基柵電極。

上述肖特基柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管在光電子器件領(lǐng)域中的應(yīng)用。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

1.本發(fā)明采用光刻及直接蒸鍍金屬相結(jié)合的方法制得肖特基柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管，制備工藝簡(jiǎn)單，可實(shí)現(xiàn)陣列、批量生產(chǎn)。

2.本發(fā)明的肖特基柵電極能夠起到整流作用，抑制漏電流，改善器件的開關(guān)性能。

3.本發(fā)明肖特基柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管具有尺寸小、開關(guān)比高、遷移率高以及能夠很好地消除短溝道效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，能夠?yàn)橥貙挾S材料器件的應(yīng)用領(lǐng)域。

附圖說明

圖1是肖特基柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備方法流程示意圖。

圖2是肖特基柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管的俯視示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明的內(nèi)容，但不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。若未特別指明，實(shí)施例中所用的技術(shù)手段為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的常規(guī)手段。除非特別說明，本發(fā)明采用的試劑、方法和設(shè)備為本技術(shù)領(lǐng)域常規(guī)試劑、方法和設(shè)備。

實(shí)施例1

圖1為肖特基柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備方法流程示意圖，其中1為襯底，2為二維材料，3為源電極，4為漏電極，5為肖特基柵電極，6為光刻膠，包括以下步驟：

1.利用化學(xué)氣相沉積的法在硅片襯底1上制備ws2二維材料2，ws2的厚度為0.5nm，如圖1(1)所示。

2.在硅片襯底1和ws2二維材料2上旋涂厚度為2μm的光刻膠6，如圖1(2)所示。

3.光刻曝光和顯影(圖1(3)所示)后，在載有ws2二維材料2的硅片襯底1樣品上鍍厚度為50nm的ti，形成源電極3和漏電極4，如圖1(4)所示。

4.洗掉光刻膠6，然后在n2氛圍中100℃退火0.5h，如圖1(5)所示。

5.在步驟4的樣品上繼續(xù)旋涂光刻膠6，如圖1(6)所示。

6.在步驟5的樣品上光刻曝光和顯影(圖1(7)所示)，在上述樣品上鍍厚度為5nm的pt，形成肖特基柵電極5，如圖1(8)所示。

7.洗掉光刻膠6，制得肖特基柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管，如圖1(9)所示。

圖2為肖特基柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管的俯視示意圖。其中1為襯底，2為二維材料，3為源電極，4為漏電極，5為肖特基柵電極。源電極3、漏電極4和肖特基柵電極5分別在二維材料2上，構(gòu)成了肖特基柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管。

實(shí)施例2

與實(shí)施例1的區(qū)別在于：所述二維材料為zrse2，zrse2的厚度為20nm；所述退火溫度為500℃，氣體氛圍為ar；所述肖特基柵電極為金屬ni，ni的厚度為1000nm。

上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合和簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。