一种性能可控的二维半导体晶体管结构及其制备方法技术

本发明专利技术属于半导体器件技术领域，具体为一种性能可控的二维半导体晶体管结构及其制备方法。本发明专利技术包括衬底、位于衬底上的二维半导体材料、源漏金属电极、氧化物介质层和位于介质层上的叠层金属栅极；氧化物介质层为双层介质层，叠层金属栅极为底层活泼金属和顶层惰性金属的双层金属栅极结构。本发明专利技术利用底层活泼金属与氧化物介质层I直接接触发生的固相扩散反应形成双层介质层，通过控制底层活泼金属的厚度，使二维半导体材料的载流子浓度受电偶极子效应的精确调控。本发明专利技术可以调节二维半导体场效应晶体管的阈值电压、提高器件的开关比和开态电流，在大规模数字集成电路的制造中有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种性能可控的二维半导体晶体管结构及其制备方法
本专利技术属于半导体器件
，具体为一种性能可控的二维半导体晶体管结构及其制备方法。
技术介绍
自石墨烯首次发现以来，二维半导体材料因其特殊的层状结构和出众的电学性能引起了广泛的关注。二维半导体材料拥有较大的禁带宽度范围，不仅能够克服短沟道效应、量子效应，保持良好的开关频率，而且改善和提升了许多现有的电子元器件在性能。目前通过机械剥离或化学气相沉积等方法制备的二维半导体材料主要包括MoS2、MoTe2、WSe2、WS2、h-BN和黑磷等。其良好的电学和光电性质有利于制备高性能的逻辑器件、传感器和存储器，并应用于制造大面积级联逻辑电路。传统的半导体材料利用离子掺杂的方法进行载流子掺杂和电学性能调控，然而，由于二维半导体材料原子级别的沟道厚度和稳定的晶体结构，离子掺杂法极易造成二维半导体材料晶格损伤，引入界面态和缺陷态，不利于器件性能的提高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种性能可控的二维半导体晶体管结构及其制备方法，以解决
技术介绍
中提到的二维半导体材料存在的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种性能可控的二维半导体晶体管结构，其特征在于，包括衬底、位于衬底上的二维半导体材料、源漏金属电极、氧化物介质层和位于介质层上的叠层金属栅极；所述氧化物介质层为双层介质层，包括介质层I和介质层II，所述叠层金属栅极为底层活泼金属和顶层惰性金属的双层金属栅极结构，所述介质层II是通过介质层I与底层活泼金属之间的固相扩散反应所形成。/n

【技术特征摘要】
1.一种性能可控的二维半导体晶体管结构，其特征在于，包括衬底、位于衬底上的二维半导体材料、源漏金属电极、氧化物介质层和位于介质层上的叠层金属栅极；所述氧化物介质层为双层介质层，包括介质层I和介质层II，所述叠层金属栅极为底层活泼金属和顶层惰性金属的双层金属栅极结构，所述介质层II是通过介质层I与底层活泼金属之间的固相扩散反应所形成。


2.根据权利要求1所述的性能可控的二维半导体晶体管结构，其特征在于，所述衬底为玻璃衬底、蓝宝石衬底、石英衬底、硅衬底或柔性衬底的任一种。


3.根据权利要求1所述的性能可控的二维半导体晶体管结构，其特征在于：
所述介质层I材料为下述高介电常数的氧化物中的一种：氧化铪、氧化锆、氧化钇、氧化镧、氧化钙、氧化锶、氧化钡或氧化钽；
所述底层活泼金属栅极材料为下述易于氧化的活泼金属中的一种：铝、镁、锌、铁或钛；顶层惰性金属栅极材料为下述惰性金属中的一种：金、铂、银或铜。


4.根据权利要求1所述的性能可控的二维半导体晶体管结构，其特征在于：
所述底层活泼金属的厚度依据所需晶体管性能要求进行精确调控，活泼金属的厚度范围为0.1nm至5nm；
所述顶层惰性金属的厚度大于5nm；
所述介质层II的厚度范围为0.1nm至5nm。


5.一种如权利要求1-4之一所述性能可控的二维半导体晶体管结构的制备方法，其特征在于具体步骤如下：
（1）在衬底表面制...

【专利技术属性】
技术研发人员：包文中，马静怡，郭晓娇，童领，陈新宇，缑赛飞，周鹏，张卫，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：上海;31