本發(fā)明涉及微電子技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種二維材料異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管、其制備方法和晶體管陣列器件。

背景技術(shù)：

作為最早發(fā)現(xiàn)的二維納米材料，石墨烯由于具有獨(dú)特的物理化學(xué)性能，在納米光電子領(lǐng)域有巨大應(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)域中廣泛的實(shí)際應(yīng)用。盡管人們用各種各樣的方法來打開它的帶隙，但打開的帶隙仍舊很小，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)異的光電性能。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。

在單層石墨烯和二維TMDs被大量研究的同時(shí)，由它們垂直疊加在一起、形成的范德瓦爾斯異質(zhì)結(jié)及其對(duì)應(yīng)的電子器件，也獲得了人們大量的關(guān)注和研究。這些由二維材料組成的異質(zhì)結(jié)系統(tǒng)表現(xiàn)出了奇特的性能和新的物理現(xiàn)象，并在異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和集成光電子應(yīng)用中引發(fā)了新的革命。目前，傳統(tǒng)的二維材料異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備方法主要是：將二維材料轉(zhuǎn)移到襯底上，再利用金線掩膜技術(shù)或者光刻技術(shù)制作電極，從而得到異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管。

但是，上述兩種技術(shù)帶來的主要問題是，一塊襯底只能制備一個(gè)器件，襯底利用率低。更重要的是，雖然光刻可以制作圖案規(guī)整的電極，但是在蒸鍍金屬電極的過程中，容易對(duì)二維材料造成損傷，導(dǎo)致影響晶體管的性能，成本較高，不利于應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N二維材料異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管、其制備方法和晶體管陣列器件，本發(fā)明提供的二維材料異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管具有良好的性能，且成本低。

本發(fā)明提供一種二維材料異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管，包括：

導(dǎo)電襯底；

設(shè)置在所述導(dǎo)電襯底上的絕緣介質(zhì)層；

分別設(shè)置在所述絕緣介質(zhì)層兩端的源電極和漏電極，在所述源電極和漏電極之間為溝道區(qū)；

設(shè)置在所述源電極和與之相連的溝道區(qū)上的第一二維材料層；

設(shè)置在所述漏電極和所述溝道區(qū)上部分第一二維材料層上的第二二維材料層；

所述第一二維材料層與第二二維材料層的材質(zhì)不同；所述第一二維材料層、第二二維材料層和源電極及漏電極能形成歐姆接觸。

優(yōu)選地，所述導(dǎo)電襯底選自硅襯底或銅襯底。

優(yōu)選地，所述絕緣介質(zhì)層的材質(zhì)選自SiO₂、SiC、SiN、HfO₂或TiO₂。

優(yōu)選地，所述第一二維材料層和第二二維材料層的材質(zhì)均選自石墨烯、黑磷、MoS₂、WS₂、MoSe₂、WSe₂、MoTe₂、WTe₂、h-BN、GaS、GaSe、TiS₂、TaS₂、TaSe₂、NiTe₂、NiSe₂、ZrS₂或ZrSe₂。

優(yōu)選地，所述源電極和漏電極所采用的金屬均選自Au、Cu、Ni、Ti、Cr和Ag中的一種或兩種。

本發(fā)明提供一種晶體管陣列器件，其具有由上文所述的二維材料異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管形成的陣列結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明還提供一種二維異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備方法，包括以下步驟：

1)在導(dǎo)電襯底上設(shè)置絕緣介質(zhì)層，再將光刻膠旋涂到所述絕緣介質(zhì)層上；

2)通過光刻和顯影，在所述絕緣介質(zhì)層上制成電極圖案掩膜；

3)在所述電極圖案掩膜上蒸鍍金屬，然后去除掉所述絕緣介質(zhì)層上的光刻膠，在其兩端分別形成源電極和漏電極，在所述源電極和漏電極之間為溝道區(qū)；

4)將第一二維材料設(shè)置到所述源電極和與之相連的溝道區(qū)上，形成第一二維材料層，然后將不同于第一二維材料的第二二維材料設(shè)置到所述漏電極和所述溝道區(qū)上部分第一二維材料層上，形成第二二維材料層，再進(jìn)行退火，使所述第一二維材料層、第二二維材料層和源電極及漏電極形成歐姆接觸，得到二維材料異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管。

優(yōu)選地，所述步驟4)中，利用濕法轉(zhuǎn)移法將第一二維材料轉(zhuǎn)移到所述源電極和與之相連的溝道區(qū)上；

并且，利用濕法轉(zhuǎn)移法將不同于第一二維材料的第二二維材料轉(zhuǎn)移到所述漏電極和所述溝道區(qū)上部分第一二維材料層上。

優(yōu)選地，所述步驟4)中，所述退火的溫度為100℃～500℃。

優(yōu)選地，所述步驟4)中，所述退火在氮?dú)饣驓鍤獾姆諊逻M(jìn)行。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的二維材料異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管自下而上依次包括導(dǎo)電襯底、絕緣介質(zhì)層、金屬電極、第一二維材料層和第二二維材料層。本發(fā)明先利用光刻和蒸鍍金屬技術(shù)制作源、漏電極和溝道區(qū)，然后將第一二維材料和第二二維材料分別設(shè)置到電極和溝道之上，形成一種電極在下、二維材料在上的二維材料異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管。本發(fā)明提供的這種二維材料異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管具有良好的輸出特性和轉(zhuǎn)移特性等性能，并且制備簡(jiǎn)便，成本較低。

此外，本發(fā)明這種二維材料異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備方法的襯底利用率高、制備效率高，能避免蒸鍍金屬對(duì)二維材料的損傷，還可以制備陣列器件，利于應(yīng)用。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例1提供的一種二維材料異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的截面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例1提供的一種二維材料異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例1提供的一種二維材料異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備方法示意圖；

圖4是本發(fā)明實(shí)施例1提供的MoS₂及金屬電極實(shí)物圖；

圖5是本發(fā)明實(shí)施例1提供的MoS₂/MoSe₂異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管實(shí)物圖；

圖6是本發(fā)明實(shí)施例1提供的MoS₂/MoSe₂異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的輸出曲線；

圖7是本發(fā)明實(shí)施例1提供的MoS₂/MoSe₂異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的轉(zhuǎn)移曲線；

圖8是本發(fā)明實(shí)施例2提供的MoS₂/WSe₂pn異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管實(shí)物圖；

圖9是本發(fā)明實(shí)施例2提供的MoS₂/WSe₂pn異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的I-V特性曲線；

圖10是本發(fā)明實(shí)施例2提供的MoS₂/WSe₂pn異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的轉(zhuǎn)移曲線；

圖11是本發(fā)明實(shí)施例3提供的一種二維材料異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管陣列結(jié)構(gòu)的截面示意圖；

圖12是本發(fā)明實(shí)施例3提供的一種二維材料異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管陣列結(jié)構(gòu)的俯視示意圖。

具體實(shí)施方式

下面對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明提供了一種二維材料異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管，包括：

導(dǎo)電襯底；

設(shè)置在所述導(dǎo)電襯底上的絕緣介質(zhì)層；

分別設(shè)置在所述絕緣介質(zhì)層兩端的源電極和漏電極，在所述源電極和漏電極之間為溝道區(qū)；

設(shè)置在所述源電極和與之相連的溝道區(qū)上的第一二維材料層；

設(shè)置在所述漏電極和所述溝道區(qū)上部分第一二維材料層上的第二二維材料層；

所述第一二維材料層與第二二維材料層的材質(zhì)不同；所述第一二維材料層、第二二維材料層和源電極及漏電極能形成歐姆接觸。

本發(fā)明提供的二維材料異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管具有良好的性能如輸出特性和轉(zhuǎn)移特性等，且成本低，利于應(yīng)用。

參見圖1和圖2，圖1是本發(fā)明實(shí)施例1提供的一種二維材料異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的截面結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是本發(fā)明實(shí)施例1提供的一種二維材料異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。其中，1為導(dǎo)電襯底，2為絕緣介質(zhì)層，3為源電極，4為漏電極，5為第一二維材料層，6為第二二維材料層。

本發(fā)明實(shí)施例提供的二維材料異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管包括導(dǎo)電襯底1，所述導(dǎo)電襯底優(yōu)選自硅襯底或銅襯底，更優(yōu)選為低阻硅襯底，如n型導(dǎo)電Si襯底。本申請(qǐng)對(duì)所述導(dǎo)電襯底的厚度和來源等沒有特殊限制，采用本領(lǐng)域常用的市售襯底即可。

所述二維材料異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管包括絕緣介質(zhì)層2，其設(shè)置在導(dǎo)電襯底1上。所述絕緣介質(zhì)層的制作材料為絕緣材料，優(yōu)選自SiO₂、SiC、SiN、HfO₂或TiO₂，更優(yōu)選為SiO₂。所述絕緣介質(zhì)層的厚度優(yōu)選為10nm～1000nm，更優(yōu)選為20nm～500nm。

在絕緣介質(zhì)層2的兩端，本發(fā)明實(shí)施例分別設(shè)置有源電極3和漏電極4，在源電極3和漏電極4之間為溝道區(qū)。所述源電極和漏電極為金屬電極，所采用的金屬均優(yōu)選自Au、Cu、Ni、Ti、Cr和Ag中的一種或兩種，更優(yōu)選為Au、Ni/Au或Ti/Au。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述源電極和漏電極均為Ni/Au電極；其中，Ni層與絕緣介質(zhì)層相接觸，厚度可為1nm～50nm，如20nm；Au層的厚度可為10nm～100nm，如60nm。本發(fā)明對(duì)所述溝道區(qū)沒有特殊限制，其長(zhǎng)度可為20微米。

本發(fā)明實(shí)施例提供的二維材料異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管包括第一二維材料層5和第二二維材料層6，兩者材質(zhì)不同，且能和源電極3及漏電極4形成歐姆接觸。在本發(fā)明實(shí)施例中，第一二維材料層5設(shè)置在源電極3和與之相連的溝道區(qū)上，第二二維材料層6設(shè)置在漏電極4和溝道區(qū)上部分第一二維材料層5上。

在本發(fā)明中，所述第一二維材料層和第二二維材料層的材質(zhì)均優(yōu)選自石墨烯、黑磷、MoS₂、WS₂、MoSe₂、WSe₂、MoTe₂、WTe₂、h-BN、GaS、GaSe、TiS₂、TaS₂、TaSe₂、NiTe₂、NiSe₂、ZrS₂或ZrSe₂。但是，所述第一二維材料層和第二二維材料層的材質(zhì)不同。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述第一二維材料層的材質(zhì)為MoS₂，所述第二二維材料層的材質(zhì)為MoSe₂。在本發(fā)明的另一些實(shí)施例中，所述第一二維材料層的材質(zhì)為MoS₂，所述第二二維材料層的材質(zhì)為WSe₂。所述第一二維材料層和第二二維材料層的厚度均優(yōu)選為0.5nm～10nm，更優(yōu)選為1nm～9nm。

本發(fā)明提供的是一種電極在下、二維材料在上的二維材料異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其自下而上依次包括導(dǎo)電襯底、絕緣介質(zhì)層、金屬電極、第一二維材料層和第二二維材料層。本發(fā)明提供的這種二維材料異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管具有良好的輸出特性和轉(zhuǎn)移特性等性能，并且制備簡(jiǎn)便，成本較低。

相應(yīng)地，本發(fā)明提供了一種二維異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備方法，包括以下步驟：

1)在導(dǎo)電襯底上設(shè)置絕緣介質(zhì)層，再將光刻膠旋涂到所述絕緣介質(zhì)層上；

2)通過光刻和顯影，在所述絕緣介質(zhì)層上制成電極圖案掩膜；

3)在所述電極圖案掩膜上蒸鍍金屬，然后去除掉所述絕緣介質(zhì)層上的光刻膠，在其兩端分別形成源電極和漏電極，在所述源電極和漏電極之間為溝道區(qū)；

4)將第一二維材料設(shè)置到所述源電極和與之相連的溝道區(qū)上，形成第一二維材料層，然后將不同于第一二維材料的第二二維材料設(shè)置到所述漏電極和所述溝道區(qū)上部分第一二維材料層上，形成第二二維材料層，再進(jìn)行退火，使所述第一二維材料層、第二二維材料層和源電極及漏電極形成歐姆接觸，得到二維材料異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管。

參見圖3，圖3是本發(fā)明實(shí)施例1提供的一種二維材料異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備方法示意圖。本發(fā)明先利用光刻和蒸鍍金屬技術(shù)制作源、漏電極和溝道區(qū)，然后將第一二維材料和第二二維材料分別設(shè)置到電極和溝道之上，形成一種電極在下、二維材料在上的二維材料異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管。本發(fā)明這種二維材料異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備方法具有襯底利用率高、制備效率高，能避免蒸鍍金屬對(duì)二維材料的損傷，還可以制備陣列器件等優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明實(shí)施例第一步為：在導(dǎo)電襯底1上設(shè)置絕緣介質(zhì)層2，再將光刻膠7旋涂到絕緣介質(zhì)層2上。本發(fā)明優(yōu)選在導(dǎo)電襯底1上沉積絕緣介質(zhì)層2；其中，所述導(dǎo)電襯底優(yōu)選自硅襯底或銅襯底，更優(yōu)選為低阻硅襯底，如n型導(dǎo)電Si襯底。本申請(qǐng)對(duì)所述導(dǎo)電襯底的厚度和來源等沒有特殊限制，可采用本領(lǐng)域常用的市售襯底。

在本發(fā)明實(shí)施例中，所述沉積絕緣介質(zhì)層的方法可以為濺射沉積、原子層沉積和熱氧化方法等，本發(fā)明對(duì)此沒有特殊限制。所述絕緣介質(zhì)層的厚度優(yōu)選為10nm～1000nm，更優(yōu)選為20nm～500nm。所述絕緣介質(zhì)層的制作材料為絕緣材料，優(yōu)選自SiO₂、SiC、SiN、HfO₂或TiO₂，更優(yōu)選為SiO₂。本發(fā)明實(shí)施例在絕緣介質(zhì)層2上旋涂光刻膠7，本發(fā)明對(duì)所述光刻膠沒有特殊限制，采用市售產(chǎn)品按照常規(guī)方法旋涂即可。

本發(fā)明實(shí)施例第二步為：通過光刻和顯影，在絕緣介質(zhì)層2上制成電極圖案掩膜。所述光刻和顯影為本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的技術(shù)手段，本發(fā)明沒有特殊限制。

本發(fā)明實(shí)施例第三步為：在所述電極圖案掩膜上蒸鍍金屬，然后去除掉所述絕緣介質(zhì)層上的光刻膠，在其兩端分別形成源電極3和漏電極4，在源電極3和漏電極4之間為溝道區(qū)。

本發(fā)明按照本領(lǐng)域常規(guī)方法進(jìn)行蒸鍍金屬，所采用的金屬優(yōu)選自Au、Cu、Ni、Ti、Cr和Ag中的一種或兩種，更優(yōu)選為Au、Ni/Au或Ti/Au。本發(fā)明利用光刻和蒸鍍金屬技術(shù)制作源、漏電極和溝道區(qū)；在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述源電極和漏電極均為Ni/Au電極；其中，Ni層與絕緣介質(zhì)層相接觸，厚度可為1nm～50nm，如20nm；Au層的厚度可為10nm～100nm，如60nm。本發(fā)明對(duì)所述溝道區(qū)沒有特殊限制，其長(zhǎng)度可為20微米。

本發(fā)明實(shí)施例第四步為：將第一二維材料設(shè)置到源電極3和與之相連的溝道區(qū)上，形成第一二維材料層5，然后將不同于第一二維材料的第二二維材料設(shè)置到漏電極4和溝道區(qū)上部分第一二維材料層5上，形成第二二維材料層6，再進(jìn)行退火，使第一二維材料層5、第二二維材料層6和源電極3及漏電極4形成良好的歐姆接觸，這樣便形成了二維材料異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管。

本發(fā)明優(yōu)選利用濕法轉(zhuǎn)移法，將第一二維材料轉(zhuǎn)移到所述源電極和與之相連的溝道區(qū)上；并且，同樣利用濕法轉(zhuǎn)移法，將不同于第一二維材料的第二二維材料轉(zhuǎn)移到所述漏電極和所述溝道區(qū)上部分第一二維材料層上。在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述濕法轉(zhuǎn)移法具體操作可為：先用膠帶將二維材料如MoS₂從塊體上剝落下來，然后粘到SiO₂/Si襯底上，用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)丙酮溶液旋涂在該襯底上，待溶液干后，將樣品浸泡在NaOH溶液中，以腐蝕SiO₂，腐蝕完后，PMMA就會(huì)連著MoS₂脫離襯底，此時(shí)就可以將MoS₂進(jìn)行轉(zhuǎn)移。

在本發(fā)明中，所述第一二維材料層和第二二維材料層的材質(zhì)均優(yōu)選自石墨烯、黑磷、MoS₂、WS₂、MoSe₂、WSe₂、MoTe₂、WTe₂、h-BN、GaS、GaSe、TiS₂、TaS₂、TaSe₂、NiTe₂、NiSe₂、ZrS₂或ZrSe₂。但是，所述第一二維材料層和第二二維材料層的材質(zhì)不同。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述第一二維材料層的材質(zhì)為MoS₂，所述第二二維材料層的材質(zhì)為MoSe₂。在本發(fā)明的另一些實(shí)施例中，所述第一二維材料層的材質(zhì)為MoS₂，所述第二二維材料層的材質(zhì)為WSe₂。所述第一二維材料層和第二二維材料層的厚度均優(yōu)選為0.5nm～10nm，更優(yōu)選為1nm～9nm。

本發(fā)明實(shí)施例在高溫下退火，使所述第一二維材料層、第二二維材料層和源電極及漏電極形成良好的歐姆接觸，得到二維材料異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管。所述退火的溫度優(yōu)選為100℃～500℃，更優(yōu)選為200℃～400℃；所述退火優(yōu)選在氮?dú)?N₂)或氬氣(Ar)的氣體氛圍下進(jìn)行。

本發(fā)明還可以制備陣列器件，即本發(fā)明還提供了一種晶體管陣列器件，其具有由上文所述的二維材料異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管形成的陣列結(jié)構(gòu)。其中，所述陣列結(jié)構(gòu)可根據(jù)所需應(yīng)用或性能不同而設(shè)計(jì)不同。

得到二維材料異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管后，本發(fā)明實(shí)施例對(duì)其進(jìn)行輸出特性、轉(zhuǎn)移特性和整流特性等測(cè)試。結(jié)果表明，本發(fā)明提供的這種二維材料異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管具有良好的性能。并且，本發(fā)明提供的制備方法的襯底利用率高，制備簡(jiǎn)便、效率高，能避免蒸鍍金屬對(duì)二維材料的損傷，還可以制備陣列器件，利于應(yīng)用。

為了進(jìn)一步理解本申請(qǐng)，下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本申請(qǐng)?zhí)峁┑亩S材料異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管、其制備方法和晶體管陣列器件進(jìn)行具體地描述。

實(shí)施例1

如圖3所示，一種二維材料異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備方法，包括以下步驟：

第一步，在n型導(dǎo)電Si襯底1上采用熱氧化方法，得到厚度為300nm的SiO₂絕緣介質(zhì)層2；

將601正性光刻膠7旋涂到絕緣介質(zhì)層2上，旋涂時(shí)間為40s、旋涂速度為4000轉(zhuǎn)/分鐘。

第二步，通過光刻和顯影，在絕緣介質(zhì)層2上制作成電極圖案掩膜；其中，光刻時(shí)間為7s；所用顯影液為聚酰亞胺，顯影時(shí)間為35s。

第三步，在所述電極圖案掩膜上，利用電子束蒸發(fā)蒸鍍機(jī)依次蒸鍍(腔體真空度為10^-4Pa，鍍膜速率為0.1mm/s)厚度為20nm的Ni層和厚度為60nm的Au層，然后洗掉光刻膠，形成金屬電極(Ni/Au)，金屬電極(Ni/Au)被劃分為源電極3和漏電極4，之間是溝道，溝道長(zhǎng)度為20微米。

第四步，利用濕法轉(zhuǎn)移技術(shù)，具體操作包括：先用膠帶將MoS₂從塊體上剝落下來，然后粘到SiO₂/Si襯底上，用PMMA丙酮溶液旋涂在該襯底上，待溶液干后，將樣品浸泡在NaOH溶液中，以腐蝕SiO₂，腐蝕完后，PMMA就會(huì)連著MoS₂脫離襯底，此時(shí)就可以將MoS₂進(jìn)行轉(zhuǎn)移。

將第一二維材料(MoS₂)轉(zhuǎn)移到源電極3(Ni/Au)和溝道之上，第一二維材料層厚度為8nm，實(shí)物圖如圖4所示，圖4是本發(fā)明實(shí)施例1提供的MoS₂及金屬電極實(shí)物圖；同樣，將第二二維材料(MoSe₂)轉(zhuǎn)移到漏電極4(Ni/Au)和溝道上的第一二維材料層5(MoS₂)之上，第二二維材料層厚度為9nm，然后在N₂氛圍中于300℃高溫下退火，使得第一二維材料層5(MoS₂)和第二二維材料層6(MoSe₂)與金屬電極(Ni/Au)形成良好的歐姆接觸，這樣便形成了一種MoS₂/MoSe₂異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管，結(jié)構(gòu)示意圖如圖1和圖2所示，實(shí)物圖如圖5所示，圖5是本發(fā)明實(shí)施例1提供的MoS₂/MoSe₂異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管實(shí)物圖。

采用探針臺(tái)和雙通道數(shù)字源表，對(duì)所述MoS₂/MoSe₂異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管進(jìn)行性能測(cè)試。結(jié)果參見圖6和圖7，圖6是本發(fā)明實(shí)施例1提供的MoS₂/MoSe₂異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的輸出曲線，圖7是本發(fā)明實(shí)施例1提供的MoS₂/MoSe₂異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的轉(zhuǎn)移曲線。

由圖6和圖7可以看出，該MoS₂/MoSe₂異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管具有良好的輸出特性和轉(zhuǎn)移特性，開關(guān)比達(dá)到了200。

實(shí)施例2

本實(shí)施例采用與實(shí)施例1基本一致的晶體管結(jié)構(gòu)和制備流程，其中，把實(shí)施例1中的第二二維材料(MoSe₂)替換為實(shí)施例2中的p型第二二維材料(WSe₂)，這樣便形成了一種MoS₂/WSe₂pn異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管，實(shí)物圖如圖8所示，圖8是本發(fā)明實(shí)施例2提供的MoS₂/WSe₂pn異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管實(shí)物圖。

采用探針臺(tái)和雙通道數(shù)字源表，對(duì)所述MoS₂/WSe₂pn異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管進(jìn)行性能測(cè)試。結(jié)果參見圖9和圖10，圖9是本發(fā)明實(shí)施例2提供的MoS₂/WSe₂pn異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的I-V特性曲線，圖10是本發(fā)明實(shí)施例2提供的MoS₂/WSe₂pn異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的轉(zhuǎn)移曲線。從圖9中可以看出，該MoS₂/WSe₂pn異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管具有良好的電流整流特性。

從圖10中可以看出，該MoS₂/WSe₂pn異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管具有良好的開關(guān)特性，開關(guān)比達(dá)到了3.34×10⁴。

實(shí)施例3

本實(shí)施例采用與實(shí)施例1和實(shí)施例2基本一致的晶體管結(jié)構(gòu)和制備流程。其中，把實(shí)施例1和實(shí)施例2中的單個(gè)獨(dú)立二維材料異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管替換為實(shí)施例3的陣列式二維材料異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管，該陣列式二維材料異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管包含多個(gè)獨(dú)立的二維材料異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管，如圖11和圖12所示，圖11是本發(fā)明實(shí)施例3提供的一種二維材料異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管陣列結(jié)構(gòu)的截面示意圖；圖12是本發(fā)明實(shí)施例3提供的一種二維材料異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管陣列結(jié)構(gòu)的俯視示意圖。

由以上實(shí)施例可知，本發(fā)明提供的二維材料異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管自下而上依次包括導(dǎo)電襯底、絕緣介質(zhì)層、金屬電極、第一二維材料層和第二二維材料層。本發(fā)明先利用光刻和蒸鍍金屬技術(shù)制作源、漏電極和溝道區(qū)，然后將第一二維材料和第二二維材料分別設(shè)置到電極和溝道之上，形成一種電極在下、二維材料在上的二維材料異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管。本發(fā)明提供的這種二維材料異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管具有良好的輸出特性和轉(zhuǎn)移特性等性能，并且制備簡(jiǎn)便，成本較低。

此外，本發(fā)明這種二維材料異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備方法的襯底利用率高、制備效率高，能避免蒸鍍金屬對(duì)二維材料的損傷，還可以制備陣列器件，利于應(yīng)用。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于使本技術(shù)領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，是能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)這些實(shí)施例的多種修改的，而這些修改也應(yīng)視為本發(fā)明應(yīng)該保護(hù)的范圍。