一種直接生長二維的二硫化鉬背柵器件的方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于二維材料基集成電路制造【技術(shù)領(lǐng)域】，具體為一種直接生長二維的二硫化鉬背柵器件的方法。本發(fā)明在高摻硅上有一層二氧化硅薄層作為襯底，利用掩模板，采用物理氣相沉積的方法在襯底上淀積薄鉬，然后在鉬的兩邊淀積一些不聯(lián)系的銅斑點。利用鉬薄膜，在襯底上生長二硫化鉬；利用兩邊的銅，生長石墨烯。生長的石墨烯與二硫化鉬相連，作為電極；在二硫化鉬上生長氮化硼作為保護層，最后形成二維的二硫化鉬背柵器件。本發(fā)明方法可以直接生長出二維的二硫化鉬背柵器件，不需要經(jīng)過光刻等工藝步驟，方法簡單方便，制備的器件性能良好。可以作為制備二維材料器件的基本方法。
【專利說明】一種直接生長二維的二硫化鉬背柵器件的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于碳基集成電路制造【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種直接生長二維的二硫化鑰背柵器件的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著石墨烯的發(fā)現(xiàn)，其有著優(yōu)良的性能，石墨烯具有室溫下高速的電子遷移率200000 cm2 / V.S、高的理論比表面積2600 m2/g、還具有高熱導(dǎo)率3000 W/m*K和出色的力學(xué)性能(高模量1060GPa，高強度130GPa)，可以作為器件電極和未來下一代半導(dǎo)體行業(yè)基礎(chǔ)材料。石墨烯(Graphene )是由單層六角元胞碳原子組成的蜂窩狀二維晶體，是石墨中的一層，圖1所示為石墨烯的基本結(jié)構(gòu)示意圖。
[0003]隨著人們對石墨烯的研究，人們也將目光投向與石墨烯結(jié)構(gòu)相似的其他二維材料上，其中二硫化鑰就是其中一種二維材料。二硫化鑰的結(jié)構(gòu)是六方晶系的一種“三明治”結(jié)構(gòu)，其中分子結(jié)構(gòu)圖如圖2所示，中間一層為鑰原子層，上下兩層為硫原子層，整個二硫化鑰由單層或多層構(gòu)成。二硫化鑰的性質(zhì)與石墨烯類似，不過，二硫化鑰具有禁帶，單層二硫化鑰的能帶隙達到1.90 eV，可以用來制備器件。另外，二硫化鑰以其獨特的“三明治夾心”層狀結(jié)構(gòu)在潤滑劑、催化、能量存儲、復(fù)合材料等眾多領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。
[0004]對于制備二 維的二硫化鑰器件有著重大的意義，可以大大縮小器件的面積，提高器件的性能。將二硫化鑰應(yīng)用到半導(dǎo)體行業(yè)將大大推動半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展。對于一個器件，其溝道與電極都應(yīng)用到二維材料，以其獨特的性質(zhì)，可以很大提高器件的性能。同時以二維的氮化硼作為二硫化鑰的保護層，將進一步推動器件的性能，免受器件外界其他因素的影響和退化。另外制備器件，大多需要用到光刻，工藝步驟復(fù)雜，沒有直接通過生長材料就可以制備器件。
[0005]本發(fā)明通過直接生長二維材料來直接制備出器件，簡化工藝步驟，從而提供一種新的制備器件的方法。通過生長二硫化鑰和石墨烯，生長的石墨烯與二硫化鑰相連，作為二硫化鑰器件的電極；然后生長氮化硼作為二硫化鑰的保護層，提高器件性能和防止器件性能的退化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種工藝簡單、器件性能優(yōu)良的二維二硫化鑰背柵器件的制備方法。
[0007]本發(fā)明方法可以在二硫化鑰外延生長出石墨烯，生長的石墨烯與二硫化鑰相連，作為器件的電極；在二硫化鑰上生長二維材料氮化硼作為保護層，使二硫化鑰免受其他的污染，保護其性能。
[0008]本發(fā)明提出的一種直接生長二維的二硫化鑰背柵器件的方法，具體步驟為:
(1)提供生長有二氧化娃的聞慘娃襯底；
(2)利用掩膜板，在襯底上淀積鑰薄塊和在其兩邊淀積不連續(xù)的銅斑點； (3)利用化學(xué)氣相沉積方法，在經(jīng)上述處理的襯底上生長二硫化鑰；
(4)利用化學(xué)氣相沉積方法，在經(jīng)上述處理的襯底上生長石墨烯作為器件電極；
(5)在二硫化鑰上生長氮化硼，作為保護層，最后形成器件。
[0009]進一步地，所述的提供生長有二氧化硅的高摻硅襯底樣品應(yīng)十分平整和光滑，表面經(jīng)過拋光處理。之后要對樣品進行清洗，使襯底干凈光滑，沒有玷污。接著在襯底上淀積鑰薄塊，作為生長二硫化鑰所需的原料。襯底上淀積銅斑點，作為生長石墨烯所需的成核位點。首先生長二硫化鑰，再生長石墨烯。這其中，用到淹沒板，需要設(shè)計好，設(shè)計足夠多的銅斑點，不連續(xù)，為形成大面積連續(xù)的石墨烯電極提供足夠多的成核位點，好在二硫化鑰的兩邊上生長上連續(xù)的石墨烯作為電極。其中二硫化鑰的邊緣處的懸掛鍵也為生長石墨烯提供方便。
[0010]本發(fā)明方法生長出兩種二維材料，而且這兩種二維材料相連，制備形成器件；接著在二硫化鑰上生長上二維的氮化硼材料，為器件提供保護層，可以提高器件的性能和壽命。本發(fā)明直接生長二維的二硫化鑰背柵器件，方法簡單方便，減少工藝步驟，提高器件性能，改善電極接觸電阻，保護器件和提高器件的使用壽命，可以作為新型制備二硫化鑰和二維材料器件的一種基本方法。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011 ] 圖1為石墨稀基本結(jié)構(gòu)不意圖。
[0012]圖2為二硫化鑰基本結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖3至圖6為本發(fā)明提供一種直接生長二維的二硫化鑰背柵器件過程示意圖。
[0014]圖7為本發(fā)明操作流程圖。
【具體實施方式】
[0015]本發(fā)明提出一種直接生長二維的二硫化鑰背柵器件的方法。這種通過直接生長制備二維的二硫化鑰背柵器件的方法，工藝步驟簡單，不需要光刻等復(fù)雜工藝步驟，直接生長出二維的二硫化鑰和石墨烯，其中生長的石墨烯與二硫化鑰相連，作為器件的電極，最后在二硫化鑰上生長氮化硼作為其的保護層，保護器件性能。以下所述的是采用本發(fā)明所提出直接生長二維的二硫化鑰背柵器件的實施例。
[0016]在圖中，為了方便說明，結(jié)構(gòu)大小和比例并不代表實際尺寸。
[0017]首先，提供襯底樣品，其為在高摻硅(Si)上生長一層50nm厚度的二氧化硅(SiO2)薄膜101，對二氧化硅(Si02)101樣品進行清潔處理，使其表面干凈光滑平整，沒有雜質(zhì)，顆粒，殘留試劑等，沒有玷污。其中二氧化硅襯樣品俯視圖如圖3中的101所示。
[0018]接著，利用掩膜板，利用物理氣相沉積在二氧化硅101襯底上淀積上IOnm厚度的鑰薄塊。具體步驟為。當反應(yīng)腔中真空度達到5.3X10-3 mbar,開始在淀積鑰，其中樣品旋轉(zhuǎn)為40轉(zhuǎn)每分鐘，淀積50秒。淀積結(jié)束后，形成鑰薄塊102。同樣的方法，在鑰薄塊102的兩邊，淀積上IOnm厚度的不連續(xù)的銅斑點103，這些不連續(xù)的銅斑點作為生長石墨烯的成核位點，足夠多，使得石墨烯生長連續(xù)。鑰薄塊102和銅斑點103如圖4所示。
[0019]接著，開始生長二硫化鑰和石墨烯。先進行二硫化鑰的生長，將樣品放入石英管反應(yīng)爐中，開始加熱石英管到750度，其中通入氬氣，流量為300SCCm，壓強維持在ITorr。35分鐘加熱后，通過另一個加熱區(qū)域?qū)⒘蚍奂訜岬?20度，通過氬氣將硫蒸汽引入到樣品處，反應(yīng)15分鐘，關(guān)閉硫處加熱，整個石英管一直維持著300sCCm的氬氣氛圍。冷卻石英管至室溫，生成二硫化鑰104，如圖5所示。
[0020]接著，生長石墨烯。通入氬氣，300sccm氬氣，加熱反應(yīng)爐，待溫度上升到960度，穩(wěn)定后，通入8sccm氫氣，甲燒5sccm,反應(yīng)5分鐘?？焖倮鋮s，最后待樣品冷卻至常溫,取出樣品。通過銅斑點作為成核位點，和二硫化鑰邊緣處的懸掛鍵，生成連續(xù)的石墨烯，而且與二硫化鑰相連。生長的石墨烯105,如圖5所示。
[0021]接著，可以在二硫化鑰上生長氮化硼薄膜作為其保護層。使用氨硼烷(NH3 BH3)作為前驅(qū)體，放在低溫加熱區(qū)，將氨硼烷加熱130度，將氣體引入到樣品處，待反應(yīng)15分鐘，快速冷卻，取出樣品。在二硫化鑰上生長上氮化硼105如圖6所示。
[0022]如上所述，在不偏離本發(fā)明精神和范圍的情況下，還可以構(gòu)成許多有很大差別的實施例。本發(fā)明不限于在說明書中所述的具體實施例。
【權(quán)利要求】
1.一種直接生長二維的二硫化鑰背柵器件的方法，其特征在于具體步驟為: (1)提供生長有二氧化娃的聞慘娃襯底； (2)利用掩膜板，在襯底上淀積鑰薄塊和在其兩邊淀積不連續(xù)的銅斑點； (3)利用化學(xué)氣相沉積方法，在經(jīng)上述處理的襯底上生長二硫化鑰； (4)利用化學(xué)氣相沉積方法，在經(jīng)上述處理的襯底上生長石墨烯作為器件電極； (5)在二硫化鑰上生長氮化硼，作為保護層，最后形成器件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于所述的二氧化硅襯底表面先要經(jīng)過拋光處理，并進行清洗，去除表面的雜質(zhì)、顆粒、殘留試劑，使襯底表面干凈，平整光滑，沒有玷污；利用掩膜板，在襯 底上淀積鑰薄塊和在其兩邊淀積不連續(xù)的銅斑點。
【文檔編號】H01L21/336GK103928340SQ201410157127
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年4月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月19日
【發(fā)明者】周鵬, 楊松波, 沈于蘭 申請人:復(fù)旦大學(xué)