一种具有铟保护层的二硫化铪晶体管及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具有铟保护层的二硫化铪晶体管及其制备方法，所述晶体管以铟作为保护层，二硫化铪作为沟道。首先，通过机械剥离法使用3M思高胶带从二硫化铪块材上剥离出二硫化铪层状材料；然后，将附着有二硫化铪材料的胶带粘到黏性凝胶膜上，通过光学显微镜观察并选择厚度合适、质地均匀的二维层状材料；接着，将其转移到硅/二氧化硅衬底上；再用热蒸发技术在二维材料表面蒸镀一层铟作为保护层，利用掩膜版蒸镀金属电极，由此制备所述的晶体管。本发明专利技术所用材料安全环保，成本低廉，不仅得到了光电性能好的微电子器件，还保护了沟道材料，达到了延长器件寿命的目的。达到了延长器件寿命的目的。达到了延长器件寿命的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种具有铟保护层的二硫化铪晶体管及其制备方法


[0001]本专利技术涉及二维层状薄膜晶体管制备相关
，具体地说，是以铟作为保护层，二硫化铪作为沟道，通过铟层的保护来提高晶体管的寿命，从而优化传统的二维薄膜晶体管的电学性能。

技术介绍

[0002]二维层状结构材料是一种新兴的材料，具有多种奇特的物理性质，其载流子密度可以通过改变栅极电压来精确调节，甚至载流子类型也可以改变，使这些原子级厚度的层状材料在各种电子和光电子器件的设计中具有很好的应用前景。
[0003]二硫化铪是一种具有优异电学性能的二维材料，二硫化铪具有非常灵敏的光响应、超高的理论迁移率以及与高介电常数材料有良好兼容性等性质，基于二维材料HfS2的晶体管可以对光信息和电信息进行非常灵敏的感知。层状二维材料硫化铪带隙约为1.49eV，且理论迁移率可以达到1800cm2/Vs，因此它可以作为实现高集成度、低功耗器件的候选材料。尽管二硫化铪具有许多吸引人的电学和光学特性，但在实际应用中受到空气中水分和氧气的影响，在空气中暴露数小时后，沟道材料会发生氧化，从而降低器件的电学性能。因此需要通过一些手段来防止二硫化铪的氧化，达到延长晶体管工作寿命的目的。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种具有铟保护层的二硫化铪晶体管及其制备方法。其制备方法适用的晶体管是以层状二硫化铪作为沟道，铟作为保护层。该方法通过机械剥离法制备得到二维层状材料二硫化铪后，并转移至二氧化硅/P型重掺硅衬底上，再通过热蒸发在二硫化铪上面覆盖一层铟膜，通过该方法隔绝二硫化铪与空气的接触，从而延长器件的工作寿命。
[0005]实现本专利技术目的的具体技术方案是：一种具有铟保护层的二硫化铪晶体管的制备方法，该方法包括以下具体步骤：步骤1：制备二硫化铪沟道层A1：二硫化铪沟道层的制备首先选择7
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8个干净的载玻片，然后将机械剥离专用的黏性凝胶膜粘贴在载玻片一角；利用3M思高胶带从二硫化铪块材上剥离出层状的二硫化铪材料，通过将粘有二硫化铪材料的3M思高胶带多次对叠再展开的过程，对二硫化铪材料进行多次剥离，将多次剥离后的二硫化铪材料粘在载玻片上的黏性凝胶膜，用手轻压数下后将3M思高胶带和黏性凝胶膜分离；把光学显微镜打开并调整感光度为ISO 100，将粘有二硫化铪材料的黏性凝胶膜放在光学显微镜下进行观察；选取其中蓝色半透明，质地均匀，且长度为30
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100μm的二硫化铪材料作为目标材料，目标材料所在的载玻片是目标载玻片，用小刀切去目标载玻片上多余的黏性凝胶膜后作为备用；步骤2：二硫化铪薄膜材料的转移
B1：清洗衬底选择表面有285
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300 nm厚的二氧化硅的P型重掺硅衬底，将衬底依次放在丙酮、异丙醇和去离子水中，超声清洗15
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30min，然后用氮气枪将衬底表面的水渍吹净后放在盒中备用；B2：转移二硫化铪薄膜材料使用二维材料转移系统进行转移；首先打开气瓶向转移台的气浮中充入氮气；打开转移台上显微镜的灯光和显微镜屏幕，用水平仪检查转移台微操作的X轴和Y轴是否与载物台处于水平状态，若不水平则调至水平；将步骤B1中清洗干净的衬底放在载物台上，通过光学显微镜聚焦在清洗好的衬底上，选择衬底中间干净的地方，然后打开机械泵，通过系统中的吸附装置将衬底固定，以防在转移过程中衬底移动；再将步骤A1中挑选好的目标载玻片正放，并将目标载玻片上未粘黏性凝胶膜的一端固定在载物台上；将黏性凝胶膜移到视野中，聚焦后在低倍镜下寻找目标材料；找到后通过调整Z轴旋钮使目标载玻片缓慢下移；并同时调整焦距；当屏幕中看到有波纹时放大倍镜且缓缓下移Z轴，使得黏性凝胶膜和衬底完全重合，重合后缓慢上移Z轴旋钮；直至黏性凝胶膜和衬底完全分离；如果衬底上有目标材料则转移成功，否则转移失败，需要再次转移，直到成功；步骤3：铟保护层的制备C1：蒸镀铟膜将步骤B2中成功转移目标材料的衬底固定在热蒸发的样品板上，在热蒸发腔室的钨舟中放2
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3颗铟颗粒，依次打开机械泵和分子泵将腔体抽真空且加电流升温至铟的熔点后，蒸镀5
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10 nm厚的铟膜；步骤4：晶体管源、漏电极的制备D1：固定掩模版使用二维材料转移系统进行操作；首先打开气瓶向转移台的气浮中充入氮气；打开转移台的灯光和显微镜屏幕，用水平仪检查转移台微操作的X轴和Y轴是否与载物台处于水平状态，若不水平则调至水平；将步骤C1中蒸镀好铟膜的衬底放在载物台上，然后打开机械泵，通过系统中的吸附装置使其固定在载物台上，将光学显微镜聚焦在衬底上找到镀有铟膜的目标材料，再将掩膜版反放轻粘在载玻片上，将载玻片固定在载物台的一角，并聚焦到掩膜版表面调整到对准所述目标材料的方位后，通过调整Z轴旋钮使掩膜版缓慢下降，直到掩膜版完全覆盖在所述目标材料上，用手按住掩膜版缓慢调整Z轴旋钮上抬使掩膜版和载玻片分离；D2：蒸镀晶体管源、漏电极将步骤D1中固定有掩模版的衬底固定到热蒸发镀膜仪顶部的样品板上，将2
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3颗金颗粒放在腔室的钨舟里，接着打开机械泵和分子泵将腔室抽至真空态；蒸镀厚度为35
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60 nm的源、漏金属电极；至此，制得所述具有铟保护层的二硫化铪晶体管。
[0006]一种上述方法制得的具有铟保护层的二硫化铪晶体管。
[0007]本专利技术与现有技术相比，最大的优势在于：本专利技术操作简单、成本低廉，所需材料易获得；在传统二硫化铪晶体管的基础上增加了铟保护层，隔绝空气与沟道材料的直接接触，不仅能够保持器件的电学性能，还能够延长器件的寿命。
附图说明
[0008]图1为本专利技术所述方法制得的二硫化铪晶体管的截面结构示意图；图2为对比例制得的二硫化铪晶体管的截面结构示意图；图3为本专利技术与对比例的二硫化铪晶体管的转移特性曲线对比图；图4为本专利技术的二硫化铪晶体管50天内的转移特性曲线图。
具体实施方式
[0009]下面结合附图及实施例和对比例对本专利技术进一步说明。
[0010]参阅图1，本专利技术所述实施例的具有铟保护层的二硫化铪晶体管，包括栅电极5、介电层4、二维半导体沟道层3、保护层2、金属电极1；其中，所述栅电极5为P型重掺硅衬底；所述介电层4为二氧化硅层；所述沟道层3是通过机械剥离法转移得到的二硫化铪层；所述保护层2是通过热蒸发形成的铟层；所述金属电极1是通过热蒸发的方式形成的金源漏电极。
实施例
[0011]具有铟保护层的二硫化铪晶体管制备：（1）首先选择8个干净的载玻片，然后将机械剥离专用的黏性凝胶膜粘贴在载玻片一角。利用3M思高胶带从二硫化铪块材上剥离出层状的二硫化铪材料，通过将粘有二硫化铪材料的3M思高胶带多次对叠再展开的过程，对二硫化铪材料进行多次剥离，将多次剥离后的二硫化铪材料粘在载玻片上的黏性凝胶膜，用手轻压数下后将3M思高胶带和黏性凝胶膜分离；把光学显微镜打开并调整感光度为ISO 100，将粘有二硫化铪材料的黏性凝胶膜放在光学显微镜下进行观察；选取其中蓝色半透明，质地均匀，长度为35μm的二硫化铪材料作为目标材料本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有铟保护层的二硫化铪晶体管的制备方法，其特征在于，该方法包括以下具体步骤：步骤1：制备二硫化铪沟道层A1：二硫化铪沟道层的制备首先选择7
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8个干净的载玻片，然后将机械剥离专用的黏性凝胶膜粘贴在载玻片一角；利用3M思高胶带从二硫化铪块材上剥离出层状的二硫化铪材料，通过将粘有二硫化铪材料的3M思高胶带多次对叠再展开的过程，对二硫化铪材料进行多次剥离，将多次剥离后的二硫化铪材料粘在载玻片上的黏性凝胶膜，用手轻压数下后将3M思高胶带和黏性凝胶膜分离；把光学显微镜打开并调整感光度为ISO 100，将粘有二硫化铪材料的黏性凝胶膜放在光学显微镜下进行观察；选取其中蓝色半透明，质地均匀，且长度为30
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100μm的二硫化铪材料作为目标材料，目标材料所在的载玻片是目标载玻片，用小刀切去目标载玻片上多余的黏性凝胶膜后作为备用；步骤2：二硫化铪薄膜材料的转移B1：清洗衬底选择表面有285
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300 nm厚的二氧化硅的P型重掺硅衬底，将衬底依次放在丙酮、异丙醇和去离子水中，超声清洗15
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30min，然后用氮气枪将衬底表面的水渍吹净后放在盒中备用；B2：转移二硫化铪薄膜材料使用二维材料转移系统进行转移；首先打开气瓶向转移台的气浮中充入氮气；打开转移台上显微镜的灯光和显微镜屏幕，用水平仪检查转移台微操作的X轴和Y轴是否与载物台处于水平状态，若不水平则调至水平；将步骤B1中清洗干净的衬底放在载物台上，通过光学显微镜聚焦在清洗好的衬底上，选择衬底中间干净的地方，然后打开机械泵，通过系统中的吸附装置将衬底固定，以防在转移过程中衬底移动；再将步骤A1中挑选好的目标载玻片正放，并将目标载玻片上未粘黏性凝胶膜的一端固定在载物台上；将黏性凝胶膜移到视野中，聚焦...

【专利技术属性】
技术研发人员：张金中，王强飞，姜睿琪，高照潭，胡志高，褚君浩，
申请(专利权)人：华东师范大学，
类型：发明
国别省市：