【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半导体器件的制备工艺，特别涉及一种基于电极边缘生长二维材料的晶体管制备及极性调控方法。
技术介绍
1、随着硅基器件尺寸不断微缩，短沟道效应严重制约了晶体管器件电学性能。为进一步实现互补逻辑电路尺寸的缩小，同时保证器件的性能，需要高迁移率、高开关比的原子层厚度的二维半导体沟道材料。cmos器件进一步发展的阻碍之一在于高迁移率二维材料的晶圆级生长和欧姆接触电阻的形成。
2、目前二维材料薄膜的制备方法主要为化学气相沉积法，沉积过程需要接近900℃的高温，会造成金属电极的分解，破坏接触质量。近年降低二维材料生长过程的衬底温度，有利于沿金属边缘生长二维材料。因此，在一层金属边缘诱导外延二维材料，形成高质量的接触，可能提供一种简单的方法制备高性能的cmos晶体管阵列。
技术实现思路
1、为解决高取向二维材料薄膜制备困难、薄膜尺寸受限制，以及晶体管极性调控困难等问题，本专利技术的目的在于提出一种基于电极边缘生长二维材料的晶体管制备方法与极性调控方法。以不同功函数的金属或其他适合二维材料外延的导电材料电极作为二维材料生长的起始点，引导二维材料在晶圆上精确位置的选择性生长，实现晶圆范围尺度的、高迁移率二维晶体管的阵列制备；电极边缘与二维材料的接触区域即为源漏接触区域，通过不同功函数的电极材料诱导，实现不同输运极性的晶体管的制备。
2、本专利技术提供的是一种自下而上的二维材料生长方法，称为金属引导选择性生长(mgsg)，它允许将特定的二维材料精确沉积到由图案电极控
3、具体的，本专利技术采用如下技术方案：
4、一种基于电极边缘生长二维材料的晶体管制备与极性调控的方法，包括：以绝缘介质作为外延衬底，在其上沉积电极材料，通过图形化工艺获得至少两个电极；通过化学气相沉积沿电极边缘外延二维材料薄膜至连接两个电极，二维材料与电极之间形成欧姆接触；刻蚀二维材料薄膜定义沟道，二维材料沟道两端的电极为源漏电极。
5、优选地，作为衬底的绝缘介质可以为低阻硅上的氧化硅或氮化硅，或者其他高介电常数的绝缘材料，硅上的氧化硅、氮化硅可以是通过热氧化或氮化形成的，也可以是通过原子层沉积或者等离子增强化学气相沉积得到的。
6、作为本专利技术的进一步优选，所述二维材料为过渡金属硫族化合物，包括但不限于二硫化钼、二硒化钨、二碲化钼、二硫化钨，层数为单层到少层，至多不超过三层。
7、优选地，沉积电极材料的方法为电子束蒸镀或磁控溅射，厚度为5-20纳米。所述电极材料包括但不限于钛、钼、钨、铝、镍、金、钯、铂等金属，氮化钛等金属氮化物，以及氧化钼、氧化钨等金属氧化物。
8、通过不同功函数的电极诱导，实现不同输运极性的晶体管的制备。以二硒化钨作为沟道为例，本征二硒化钨的费米能级在禁带中部左右，价带顶约为5.2～5.4ev，导带底在3.9～3.8ev，选用低功函数的金属如钼、铝、钨、钛等，可以实现nmos的接触，选用高功函数金属如铂、钯、金等，功函数接近价带顶可以实现pmos的接触。
9、优选地，外延二维材料的方法为化学气相沉积。以二硒化钨为例，将衬底放入化学气相沉积系统，加热二氧化钨和硒源，通入100标准毫升每分钟的氩气和10标准毫升每分钟的氢气，将反应气压保持在1000到2000帕之间，在衬底表面以400～600摄氏度生长10-15分钟。生长结束后，关闭加热电源，以惰性气体为保护气体，自然冷却至室温，在衬底表面沿金属电极生长出高迁移率的单晶二硒化钨。
10、在衬底上制备包括不同功函数的电极对组成的电极阵列，通过一次生长二维材料在同一个衬底上同时实现nmos和pnos晶体管的制备。
11、优选地，刻蚀二维材料以定义沟道采用选择比较高的反应离子刻蚀法。
12、本专利技术的方法能在整个晶圆上精确的位置实现晶体管的阵列制备，并可以通过功函数控制晶体管的导电类型，同时实现了空穴导电晶体管和电子导电晶体管的制备。本专利技术的有益效果具体体现在：
13、(1)操作简单、结果可控：传统的化学气相沉积法的设备简单，能实现迁移率的二维材料的单晶生长，但是难以实现高取向的晶圆级生长，晶界的存在会降低材料的电学性能。本方法在传统的化学气相沉积法基础上，能实现高迁移率、大范围且可控的二维材料的单晶生长。
14、(2)硅基兼容直接生长：本专利技术在绝缘层/硅衬底上沉积得到的二维材料无需转移，可以直接制备器件，避免了转移带来的材料损伤和工艺残余，保证了材料的高质量。
15、(3)本专利技术降低了材料的生长温度，可以实现与硅基工艺的后端兼容。
16、(4)本专利技术方法可以提高电极和二维材料的接触质量，降低接触电阻，实现高性能的晶体管器件制备。
17、(5)本专利技术方法可以使用不同功函数的金属调控晶体管极性，在一次生长中实现cmos器件制备。
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1.一种二维材料晶体管的制备方法，所述晶体管以二维材料为沟道，其特征在于，所述晶体管的制备过程包括：以绝缘介质为外延衬底，先在衬底上沉积电极材料，通过图形化工艺获得至少两个电极；然后通过化学气相沉积沿电极边缘外延二维材料薄膜至连接两个电极，二维材料与电极之间形成欧姆接触；刻蚀二维材料薄膜定义沟道，二维材料沟道两端的电极为源漏电极。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述绝缘介质为低阻硅上的氧化硅或氮化硅。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述二维材料为过渡金属硫族化合物，层数为1～3层。
4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述过渡金属硫族化合物选自二硫化钼、二硒化钨、二碲化钼和二硫化钨。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述电极材料选自金属、金属氮化物和金属氧化物。
6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述电极材料选自钛、钼、钨、镍、铝、金、钯、铂、氮化钛、氧化钼和氧化钨。
7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，通过选择不同功函数的电极材料，实现不同输
8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述二维材料为二硒化钨，所述电极材料为钼、铝、钨或钛，实现NMOS晶体管；所述二维材料为二硒化钨，所述电极材料为铂、钯或金，实现PMOS晶体管。
9.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，在衬底上制备包括不同功函数的电极对组成的电极阵列，通过一次生长二维材料在同一个衬底上同时实现NMOS和PNOS晶体管的制备。
10.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，通过反应离子刻蚀法刻蚀二维材料薄膜定义沟道。
...【技术特征摘要】
1.一种二维材料晶体管的制备方法，所述晶体管以二维材料为沟道，其特征在于，所述晶体管的制备过程包括：以绝缘介质为外延衬底，先在衬底上沉积电极材料，通过图形化工艺获得至少两个电极；然后通过化学气相沉积沿电极边缘外延二维材料薄膜至连接两个电极，二维材料与电极之间形成欧姆接触；刻蚀二维材料薄膜定义沟道，二维材料沟道两端的电极为源漏电极。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述绝缘介质为低阻硅上的氧化硅或氮化硅。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述二维材料为过渡金属硫族化合物，层数为1～3层。
4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述过渡金属硫族化合物选自二硫化钼、二硒化钨、二碲化钼和二硫化钨。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述电极材料选自金属、金属氮化物和金属氧化物。
6.如权利要求5所述的...
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