及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于材料科學(xué)領(lǐng)域，具體涉及一種P型導(dǎo)電薄膜NbxW1 XS2及制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，微電子技術(shù)在航空、航天、通訊、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計算機(jī)等領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展日益迅猛。目前，微電子技術(shù)已成為信息時代發(fā)展的基礎(chǔ)。集成電路是微電子技術(shù)的核心。多年來集成電路的集成度遵循摩爾定律在不斷增加，金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)的特征尺寸越來越小。各種微觀的物理效應(yīng)相繼出現(xiàn)，如反型溝道迀移率退化嚴(yán)重，Si溝道有源層的本征迀移率較差，導(dǎo)致器件驅(qū)動性能大幅下降等難題，成為微電子技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展的限制因素之一。因而，探尋高迀移率新型有源層薄膜，制備新一代、穩(wěn)定、高驅(qū)動的場效應(yīng)晶體管是微電子技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展的戰(zhàn)略需求。
[0003]目前，η型場效應(yīng)晶體管研究得偏多，而P型場效應(yīng)晶體管研究得較少，且很少有驅(qū)動性能好、開關(guān)比高的P型場效應(yīng)晶體管的相關(guān)報道，大大限制了互補(bǔ)型集成電路的研制。溝道有源層的迀移率較低是導(dǎo)致場效應(yīng)晶體管驅(qū)動性能無法大幅提高的主要原因之一。因此，制備具有尚遷移率、穩(wěn)定的P型導(dǎo)電溝道材料是提尚P型場效應(yīng)晶體管驅(qū)動性能的關(guān)鍵。
[0004]目前，研究人員已經(jīng)制備出了多種P型導(dǎo)電薄膜。例如，Zhang等人制備了 ρ型ZnO薄膜，薄膜的霍爾遷移率為 0.94-5.6cm2/V.s (X.D.Zhang, H.B.Fan, J.Sun, Y.Zha0.Effectof substrate on the properties of p-type ZnO films.Physica E 2007,39:267-270)。Erdogan等人制備了 p型Ζη0:Ν薄膜，薄膜的霍爾迀移率為0.673cm2/V ?s (N.H.Erdogan, K.Kara, H.0zdamar, R.Esen, H.Kavak.Effect of the oxidat1n temperature onmicrostructure and conductivity of ZnxNy thin films and their convers1n intop-type ZnO:N films.Applied Surface Science 2013,271:70-76)。Tsay 等人制備了p 型 SnO2: Ga 薄膜，薄膜的霍爾遷移率為 8.43 ±2.26cm2/V.s (C.-Y.Tsay, S.-C.Liang.Fabricat1n of p-type conductivity in Sn02thin films through Ga doping.Journalof Alloys and Compounds.2015，622:644-650)?？梢姡m已制備出多種p型導(dǎo)電薄膜，但是P型導(dǎo)電薄膜的霍爾迀移率較低，如何制備具有高迀移率的P型導(dǎo)電薄膜仍是一個亟待解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]要解決的技術(shù)問題
[0006]為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種ρ型導(dǎo)電薄膜NbxWlxS2及制備方法，克服現(xiàn)有技術(shù)中P型導(dǎo)電薄膜霍爾迀移率較低的問題。
[0007]技術(shù)方案
[0008]一種ρ型導(dǎo)電薄膜NbxW1 XS2，其特征在于=NbxW1 XS2薄膜中Nb的摻入量x為0.2?0.4。
[0009]所述Nb的摻入量X為0.2?0.4的NbxW1 XS2薄膜的厚度為10?20nm。
[0010]一種制備所述ρ型導(dǎo)電薄膜NbxW1 XS2的方法，其特征在于步驟如下:
[0011]步驟1、清洗Si襯底:將Si襯底在6?14%的氫氟酸溶液中浸泡除去表面氧化膜；然后將Si襯底在去離子水中采用超聲波清洗；然后將Si襯底放在無水乙醇中用超聲波清洗得到清洗干凈的Si襯底；
[0012]步驟2、采用射頻磁控濺射方法在Si襯底上沉積NbxW1 x02薄膜:Nb ,W1 x02薄膜沉積的工藝參數(shù)為:鎢靶的濺射功率80?100W，鎢靶的靶基距7.0?9.0cm ;鈮靶的濺射功率100?120W，鈮靶的靶基距7.0?9.0cm ；Ar氣流量為10?20.0SCCM，O2氣流量為5?15.0SCCM，襯底溫度200?300°C，濺射氣壓0.2?0.4Pa，沉積時間6?14min ；
[0013]步驟3、在管式爐中對NbxW1 x02薄膜進(jìn)行硫化:硫化Nb ,W1 x02薄膜的工藝流程為:對管式爐進(jìn)行抽氣20?40min ;然后，邊抽氣邊通入Ar氣30?50.0SCCM，持續(xù)時間30?50min ;停止抽氣，充入Ar氣至大氣壓；對管式爐進(jìn)行加熱，同時通入Ar氣40?60.0SCCM，加熱溫度為600?700°C ;然后，通入H2S和Ar的混合氣體，Ar氣40?80.0SCCM，H2S氣10 ?20.0SCCM，保溫時間 30 ?40min ；
[0014]步驟4、原位退火:對經(jīng)過步驟3的鍍膜Si襯底在原位進(jìn)行退火處理，工藝條件為:退火溫度750?850°C、退火保護(hù)氣氛Ar氣、退火時間30?70min，得到NbxW1 XS2薄膜。
[0015]所述步驟I中超聲波清洗時超聲波的功率為100?300W，超聲波的頻率為20?26kHz ο
[0016]所述步驟I超聲波清洗時間為2?6分鐘。
[0017]所述步驟I中在6?10%的氫氟酸溶液中浸泡3?10分鐘。
[0018]有益效果
[0019]本發(fā)明提出的一種ρ型導(dǎo)電薄膜NbxW1 XS2及制備方法，在WS 2中摻入Nb元素，由于Nb原子的最外層有I個價電子，W原子的最外層有2個價電子，所以Nb摻入WS2是受主摻雜即形成P型半導(dǎo)體。Nb的原子半徑與W的原子半徑比較接近，所以Nb的摻入不會引起較大的晶格畸變和薄膜內(nèi)應(yīng)力。胃^具有半導(dǎo)體特性，但是其帶隙值較大約為2.leV，而NbS2沒有帶隙呈現(xiàn)金屬特性，所以Nb摻入WS 2中可以適當(dāng)減小WS2的帶隙值，有利于提高電子的迀移率。因而，Nb摻入WS2中可形成一種ρ型導(dǎo)電薄膜Nb具XS2，同時薄膜的內(nèi)應(yīng)力較小，并可獲得較高的霍爾迀移率。
[0020]本發(fā)明方法制備時先采用射頻磁控濺射方法在Si襯底上沉積NbxW1 x02薄膜，然后對NbxW1 A薄膜進(jìn)行硫化，生成NbxW1 XS2薄膜后進(jìn)行原位退火。本發(fā)明制備的P型導(dǎo)電薄膜NbxW1 XS2，不僅內(nèi)應(yīng)力較小，并且具有較高的霍爾迀移率，可用于ρ型場效應(yīng)晶體管的溝道材料。
【具體實施方式】
[0021]現(xiàn)結(jié)合實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述:
[0022]實施例一
[0023]本實施例是一種ρ型導(dǎo)電薄膜NbxW1 XS2，NbxW1 XS2薄膜的厚度為10nm，Nb的摻入量X 為 0.2。
[0024]本實施例的具體制備過程是:
[0025]步驟1，清洗Si襯底。清洗的工藝流程為:先將Si襯底放在6%的氫氟酸溶液中浸泡10分鐘，除去表面氧化膜；然后將Si襯底放在去離子水中用超聲波清洗，超聲波的功率為100W，超聲波的頻率為26kHz，清洗時間為6分鐘；然后將Si襯底放在無水乙醇中用超聲波清洗，超聲波的功率為100W，超聲波的頻率為26kHz，清洗時間為6分鐘，得到清洗干凈的Si襯底。
[0026]步驟2，沉積NbxW1 x02薄膜。采用射頻磁控濺射方法在Si襯底上沉積Nb ,W1 x02薄膜。NbxW1 x02薄膜沉積的工藝參數(shù)范圍:鎢靶的濺射功率80W，鎢靶的靶基距7.0cm，鈮靶的濺射功率100W，鈮靶的靶基距7.0cm, Ar氣流量為10.0SCCM，02氣流量為5.0SCCM，襯底溫度200 °C，濺射氣壓0.2Pa，沉積時間14min。
[0027]步驟3，NbxW1