一种晶体管及其制作方法

文档序号:471263 发布日期:2021-12-31 浏览:4次 >En<

阅读说明:本技术 一种晶体管及其制作方法 (Transistor and manufacturing method thereof ) 是由 张璐 于 2021-09-18 设计创作,主要内容包括:本申请公开了一种晶体管及其制作方法,该晶体管包括衬底;设于衬底上的六方氮化硼绝缘层;设于六方氮化硼绝缘层上的沟道层、源电极和漏电极,沟道层包括多层不同种类的二维半导体层,源电极和漏电极分别与沟道层的端部接触,六方氮化硼绝缘层和二维半导体层在制备时分别经过退火处理得到。晶体管中绝缘层为六方氮化硼绝缘层,厚度非常薄,可以降低晶体管的阈值电压和功耗,沟道层包括多层不同种类的二维半导体层,不同的二维半导体层之间通过范德瓦尔斯力结合,不同种类的二维半导体层可提高晶体管的开关比;六方氮化硼绝缘层和二维半导体层在制备时分别经过退火处理得到,可使相邻的两种层结构形成良好的范德瓦尔斯界面,提升晶体管的性能。(The application discloses a transistor and a manufacturing method thereof, wherein the transistor comprises a substrate; a hexagonal boron nitride insulating layer disposed on the substrate; the channel layer comprises a plurality of layers of different two-dimensional semiconductor layers, the source electrode and the drain electrode are respectively contacted with the end part of the channel layer, and the hexagonal boron nitride insulating layer and the two-dimensional semiconductor layer are respectively obtained by annealing treatment during preparation. The insulating layer in the transistor is a hexagonal boron nitride insulating layer, the thickness is very thin, the threshold voltage and the power consumption of the transistor can be reduced, the channel layer comprises a plurality of layers of different two-dimensional semiconductor layers, the different two-dimensional semiconductor layers are combined through Van der Waals force, and the on-off ratio of the transistor can be improved through the different two-dimensional semiconductor layers; the hexagonal boron nitride insulating layer and the two-dimensional semiconductor layer are obtained by annealing treatment during preparation, so that good van der Waals interfaces can be formed between two adjacent layer structures, and the performance of the transistor is improved.)

一种晶体管及其制作方法

技术领域

本申请涉及晶体管技术领域,特别是涉及一种晶体管及其制作方法。

背景技术

随着技术的发展,对集成电路的散热要求越来越高,如何增强散热一直是行业研究的重点。晶体管是集成电路的基本单元,降低单个晶体管的功耗,可以有效的抑制集成电路中单位面积的热量,从而提高集成度和性能。目前,晶体管一般均为基于晶体硅的晶体管,沟道层大部分可由非晶硅层形成,晶体管的沟道长度已经缩短到了十几纳米。按照这一趋势,硅基集成电路技术在近几年就会达到尺寸上的极限,从而无法继续发展。

因此,如何解决上述技术问题应是本领域技术人员重点关注的。

发明内容

本申请的目的是提供一种晶体管及其制作方法,以降低晶体管的功耗,提高晶体管的开关比和性能。

为解决上述技术问题,本申请提供一种晶体管,包括:

衬底;

设于所述衬底上的六方氮化硼绝缘层;

设于所述六方氮化硼绝缘层上的沟道层、源电极和漏电极,所述沟道层包括多层不同种类的二维半导体层,所述源电极和所述漏电极分别与所述沟道层的端部接触,所述六方氮化硼绝缘层和所述二维半导体层在制备时分别经过退火处理得到。

可选的,所述沟道层中所述二维半导体层的数量为两层。

可选的,所述二维半导体层的材料为过渡金属二硫化物。

本申请还提供一种晶体管制作方法,包括:

制备六方氮化硼绝缘层;

将所述六方氮化硼绝缘层转移到衬底的上表面,并对带有所述六方氮化硼绝缘层的所述衬底进行退火处理;

制备不同种类的二维半导体层;

转移不同种类的所述二维半导体层,使得所述二维半导体层依次层叠在所述六方氮化硼绝缘层的上表面,并在每一层所述二维半导体层转移后进行退火处理,形成沟道层;

在所述六方氮化硼绝缘层的上表面沉积源电极和漏电极,所述源电极和所述漏电极分别与所述沟道层的端部接触。

可选的,所述制备六方氮化硼绝缘层包括:

采用机械剥离法对立方氮化硼晶体块进行减薄得到六方氮化硼绝缘层。

可选的,所述将所述六方氮化硼绝缘层转移到衬底的上表面包括:

制备PDMS基体,其中,基本组分与固化剂的重量比为10:1;

将所述六方氮化硼绝缘层转移至所述PDMS基体上;

将所述衬底固定在转移设备的旋转底座上,并将带有所述六方氮化硼绝缘层的所述PDMS基体固定在载玻片上,所述六方氮化硼绝缘层与所述衬底相对;

在最大放大倍数下调整所述衬底的位置至显微镜的焦距处,并调整所述六方氮化硼绝缘层的位置,使所述六方氮化硼绝缘层与所述衬底接触预设时间;

移走所述PDMS基体,所述六方氮化硼绝缘层转移至所述衬底的上表面。

可选的,所述制备不同种类的二维半导体层包括:

采用机械剥离法对不同种类的二维半导体块状材料进行减薄对应得到不同种类的二维半导体层。

可选的,当制备出的二维半导体层包括层数超出预设阈值的二维半导体层时,在所述制备不同种类的二维半导体层之后,还包括:

采用光学对比度的方法筛选出层数小于所述预设阈值的二维半导体层。

可选的,所述转移不同种类的所述二维半导体层,使得所述二维半导体层依次层叠在所述六方氮化硼绝缘层的上表面,并在每一层所述二维半导体层转移后进行退火处理,形成沟道层包括:

步骤S1:将带有所述六方氮化硼绝缘层的所述衬底固定在转移设备的旋转底座上,并将带有所述二维半导体层的所述PDMS基体固定在载玻片上,所述二维半导体层与所述衬底的上表面相对;

步骤S2:在最大放大倍数下调整所述二维半导体层的位置至显微镜的焦距处,标记所述二维半导体层的第一轮廓,并移走所述二维半导体层;

步骤S3:在所述最大放大倍数下调整位于所述衬底上表面的膜层至显微镜的焦距处,并标记位于所述衬底上表面的膜层的第二轮廓;

步骤S4:根据所述第一轮廓和所述第二轮廓使所述二维半导体层与位于所述衬底上表面的膜层接触预设时间;

步骤S5:移走所述PDMS基体,所述二维半导体层转移至所述衬底上,并对带有所述六方氮化硼绝缘层和所述二维半导体层的所述衬底进行退火处理,得到新的衬底,将不同种类的新的二维半导体层转移至PDMS基体上,并返回步骤S1,直至全部的二维半导体层转移完成。可选的,根据所述第一轮廓和所述第二轮廓使所述二维半导体层与所述六方氮化硼绝缘层接触预设时间之前,还包括:

旋转所述旋转底座使所述第二轮廓与所述第一轮廓完全对准;

所述根据所述第三轮廓和所述第四轮廓使所述新的二维半导体层与所述二维半导体层接触预设时间之前,还包括:

旋转所述旋转底座使所述第四轮廓与所述第三轮廓完全对准。

本申请所提供的一种晶体管,包括衬底;设于所述衬底上的六方氮化硼绝缘层;设于所述六方氮化硼绝缘层上的沟道层、源电极和漏电极,所述沟道层包括多层不同种类的二维半导体层,所述源电极和所述漏电极分别与所述沟道层的端部接触,所述六方氮化硼绝缘层和所述二维半导体层在制备时分别经过退火处理得到。

可见,本申请中晶体管绝缘层为六方氮化硼绝缘层,六方氮化硼是一种二维晶体材料,厚度非常薄,可以降低晶体管的阈值电压和功耗,沟道层包括多层不同种类的二维半导体层,不同的二维半导体层之间通过范德瓦尔斯力结合,所以不同的二维半导体层与六方氮化硼绝缘层的晶体结构和晶格常数不需要匹配,可以直接形成异质结构,不同种类的二维半导体层可以提高晶体管的开关比;并且,六方氮化硼绝缘层和二维半导体层在制备时分别经过退火处理得到,可以使相邻的两种层结构之间形成良好的范德瓦尔斯界面,有利于提高电子迁移率以及载流子的均匀性,提升晶体管的性能。

此外,本申请还提供一种具有上述优点的晶体管制作方法。

附图说明

为了更清楚的说明本申请实施例或现有技术的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例所提供的一种晶体管的结构示意图;

图2为本申请实施例所提供的一种晶体管制作方法的流程图;

图3为本申请中转移设备的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案,下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步的详细说明。显然,所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明,但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施,本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广,因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

正如背景技术部分所述,目前晶体管一般均为基于晶体硅的晶体管,沟道层大部分可由非晶硅层形成,晶体管的沟道长度已经缩短到了十几纳米。按照这一趋势,硅基集成电路技术在近几年就会达到尺寸上的极限,从而无法继续发展。

有鉴于此,本申请提供了一种晶体管,请参考图1,图1为本申请实施例所提供的一种晶体管的结构示意图,包括:

衬底1;

设于所述衬底1上的六方氮化硼绝缘层2;

设于所述六方氮化硼绝缘层2上的沟道层、源电极4和漏电极5,所述沟道层包括多层不同种类的二维半导体层3,所述源电极4和所述漏电极5分别与所述沟道层的端部接触,所述六方氮化硼绝缘层2和所述二维半导体层3在制备时分别经过退火处理得到。

衬底1为硅基衬底1,其上表面具有一层二氧化硅。

本申请中对沟道层中包括的二维半导体层3的数量不做限定,视情况而定。例如,二维半导体层3的层数为两层,三层,四层,五层等等,图1中以两层为例。不同层数的二维半导体层3性质有很大差异,因此可以简单的通过控制二维半导体层3的层数来调控晶体管的电学性能。

所述二维半导体层3的材料可以为过渡金属二硫化物,例如,二硫化钨、二硫化钼等,或者二维半导体层3的材料可以为过渡金属二硒化物,例如,二硒化钨、二硒化钼等。

六方氮化硼绝缘层2和二维半导体层3在制备时分别经过退火处理得到即,在衬底1上制备完六方氮化硼绝缘层2后,进行一次退火处理,每一层二维半导体层3制备完成后,均进行一次退火处理。

源电极4和漏电极5一般可以为金属电极,例如铬电极、金电极等等。

本申请中晶体管绝缘层为六方氮化硼绝缘层2,六方氮化硼是一种二维晶体材料,厚度非常薄,可以降低晶体管的阈值电压和功耗,沟道层包括多层不同种类的二维半导体层3,不同的二维半导体层3之间通过范德瓦尔斯力结合,所以不同的二维半导体层3与六方氮化硼绝缘层2的晶体结构和晶格常数不需要匹配,可以直接形成异质结构,不同种类的二维半导体层3可以提高晶体管的开关比;并且,六方氮化硼绝缘层2和二维半导体层3在制备时分别经过退火处理得到,可以使相邻的两种层结构之间形成良好的范德瓦尔斯界面,有利于提高电子迁移率以及载流子的均匀性,提升晶体管的性能。

请参考图2,图2为本申请实施例所提供一种晶体管制作方法的流程图,该方法包括:

步骤S101:制备六方氮化硼绝缘层。

作为一种可实施方式,可以采用化学气相沉积法制备六方氮化硼绝缘层。作为另一种可实施方式,所述制备六方氮化硼绝缘层包括:采用机械剥离法对立方氮化硼晶体块进行减薄得到六方氮化硼绝缘层。

机械剥离法的具体过程:准备一块长条状胶带(如3M公司的Scotch胶带),将立方氮化硼(hBN)晶体块置于胶带粘性一面的中心处,然后沿着粘性面中心对称处对折胶带再分开胶带,如此反复几次以达到使晶体块变薄的目的,得到六方氮化硼绝缘层。操作简单、快速、成本低,同时不需要经过掺杂工艺,保留了材料自身固有性质。

步骤S102:将所述六方氮化硼绝缘层转移到衬底的上表面,并对带有所述六方氮化硼绝缘层的所述衬底进行退火处理。

转移的过程详见下文。退火过程为将带有六方氮化硼绝缘层的衬底放入真空管式炉中,在压强为5Torr的氩气作为保护气下,200℃下退火2小时。

步骤S103:制备不同种类的二维半导体层。

作为一种可实施方式,所述制备不同种类的二维半导体层包括:采用机械剥离法对不同种类的二维半导体块状材料进行减薄对应得到不同种类的二维半导体层。作为另一种可实施方式,可以采用化学气相沉积法制备二维半导体层。

机械剥离法的具体过程:准备一块长条状胶带(如3M公司的Scotch胶带),将二维半导体块状材料置于长条胶带粘性一面的中心处,然后沿着粘性面中心对称处对折胶带再分开胶带,如此反复几次以达到使二维半导体块状材料变薄的目的,得到二维半导体层。操作简单、快速、成本低,同时不需要经过掺杂工艺,保留了材料自身固有性质。

当制备出的二维半导体层包括层数超出预设阈值的二维半导体层时,在所述制备不同种类的二维半导体层之后,还包括:

采用光学对比度的方法筛选出层数小于所述预设阈值的二维半导体层。

本申请中对预设阈值不做限定,可自行设置。例如,可以为一层,两层,三层等等。光学对比度的筛选方式非常快速准确。

步骤S104:转移不同种类的所述二维半导体层,使得所述二维半导体层依次层叠在所述六方氮化硼绝缘层的上表面,并在每一层所述二维半导体层转移后进行退火处理,形成沟道层。

每转移一层二维半导体层,进行一次退火处理,退火处理过程为将带有六方氮化硼绝缘层和二维半导体层的衬底放入真空管式炉中,在压强为5Torr的氩气作为保护气下,200℃下退火2小时。

二维半导体层的转移过程在下文进行阐述。

步骤S105:在所述六方氮化硼绝缘层的上表面沉积源电极和漏电极,所述源电极和所述漏电极分别与所述沟道层的端部接触。

可选的,所述在所述六方氮化硼绝缘层的上表面沉积源电极和漏电极包括:采用电子束蒸发法在所述六方氮化硼绝缘层的上表面沉积源电极和漏电极。或者,采用热蒸发法在六方氮化硼绝缘层的上表面沉积源电极和漏电极。

所述将所述六方氮化硼绝缘层转移到衬底的上表面包括:

步骤S201:制备PDMS(Polydimethylsiloxane,聚二甲基硅氧烷)基体,其中,基本组分与固化剂的重量比为10:1。

控制基本组分与固化剂的重量比为10:1,使得PDMS基体具有合适的柔性和粘性,当重量比小于10:1,PDMS基体较硬,粘性比较小,胶带上的六方氮化硼绝缘层不容易转移到PDMS基体,当重量比大于10:1,PDMS基体较软,粘性比较大,胶带上的六方氮化硼绝缘层容易转移到PDMS基体,但在后面转移的步骤中不容易转移到其他材料上,导致出现材料裂开等现象,转移失败。

步骤S202:将所述六方氮化硼绝缘层转移至所述PDMS基体上。

将胶带粘性面与PDMS基体接触再将胶带缓慢揭开,这样一部分超薄六方氮化硼绝缘层转移到PDMS基体上。

步骤S203:将所述衬底固定在转移设备的旋转底座上,并将带有所述六方氮化硼绝缘层的所述PDMS基体固定在载玻片上,所述六方氮化硼绝缘层与所述衬底相对。

转移设备的结构示意图如图3所示,包括底座台7,支架6,位于底座台7上的第一位移台9和第二位移台8,固定在支架6上的显微镜12,位于第一位移台9上的旋转底座10,连接在第二位移台8上的载玻片11,第一位移台9和第二位移台8可以上下左右进行移动,旋转底座10可以在平面内进行360度旋转。

步骤S204:在最大放大倍数下调整所述衬底的位置至显微镜的焦距处,并调整所述六方氮化硼绝缘层的位置,使所述六方氮化硼绝缘层与所述衬底接触预设时间。

由于六方氮化硼绝缘层的面积较小,先在最大放大倍数下将六方氮化硼绝缘层置于显微镜的焦距处,以便于确定六方氮化硼绝缘层的位置,然后移走六方氮化硼绝缘层。再在最大放大倍数下调整衬底的位置至显微镜的焦距处,以便观察六方氮化硼绝缘层与衬底的接触位置。

由于衬底的面积较大,六方氮化硼绝缘层的面积较小且很薄,可以将衬底划分为多个小的区域,对每个区域做金属标记,以便于后续二维半导体层与六方氮化硼绝缘层接触过程的操作。

本申请中对预设时间不做限定,例如,2分钟,3分钟,5分钟等等。

步骤S205:移走所述PDMS基体,所述六方氮化硼绝缘层转移至所述衬底的上表面。

将第二位移台向上移动,即移走PDMS基体。

其中,转移不同种类的所述二维半导体层,使得所述二维半导体层依次层叠在所述六方氮化硼绝缘层的上表面,并在每一层所述二维半导体层转移后进行退火处理,形成沟道层包括:

步骤S1:将带有所述六方氮化硼绝缘层的所述衬底固定在转移设备的旋转底座上,并将带有所述二维半导体层的所述PDMS基体固定在载玻片上,所述二维半导体层与所述衬底的上表面相对。

步骤S2:在最大放大倍数下调整所述二维半导体层的位置至显微镜的焦距处,标记所述二维半导体层的第一轮廓,并移走所述二维半导体层。

步骤S3:在所述最大放大倍数下调整位于所述衬底上表面的膜层至显微镜的焦距处,并标记位于所述衬底上表面的膜层的第二轮廓。

可以理解的是,当转移第一层二维半导体层时,本步骤中位于衬底上表面的膜层为六方氮化硼绝缘层;转移第二层二维半导体层至最后一层二维半导体层时,本步骤中位于衬底上表面的膜层为已经转移完成的上一层二维半导体层。

步骤S4:根据所述第一轮廓和所述第二轮廓使所述二维半导体层与位于所述衬底上表面的膜层接触预设时间。

本申请中对预设时间不做限定,例如,2分钟,3分钟,5分钟等等。

可以理解的是,当转移第一层二维半导体层时,本步骤中位于衬底上表面的膜层为六方氮化硼绝缘层;转移第二层二维半导体层至最后一层二维半导体层时,本步骤中位于衬底上表面的膜层为已经转移完成的上一层二维半导体层。

步骤S5:移走所述PDMS基体,所述二维半导体层转移至所述衬底上,并对带有所述六方氮化硼绝缘层和所述二维半导体层的所述衬底进行退火处理,得到新的衬底,将不同种类的新的二维半导体层转移至PDMS基体上,并返回步骤S1,直至全部的二维半导体层转移完成。

以二维半导体层的层数为两层为例,对转移二维半导体层的过程进行阐述,过程如下:

步骤S301:将所述二维半导体层转移至PDMS基体上。

将带有二维半导体层的胶带的粘性面与PDMS基体接触再将胶带缓慢揭开,这样一部分单层或少层的二维半导体层转移到PDMS基体上。

步骤S302:将带有所述六方氮化硼绝缘层的所述衬底固定在转移设备的旋转底座上,并将带有所述二维半导体层的所述PDMS基体固定在载玻片上,所述六方氮化硼绝缘层与所述二维半导体层相对。

步骤S303:在最大放大倍数下调整所述二维半导体层的位置至显微镜的焦距处,标记所述二维半导体层的第一轮廓,并移走所述二维半导体层。

由于二维半导体层的面积较小,在最大放大倍数下使其位于焦距处,以便于确定二维半导体层的位置,标记第一轮廓目的是便于二维半导体层与六方氮化硼绝缘层进行接触。

步骤S304:在最大放大倍数下调整所述六方氮化硼绝缘层的位置至显微镜的焦距处,并标记所述六方氮化硼绝缘层的第二轮廓。

六方氮化硼绝缘层的面积较小,标记六方氮化硼绝缘层的第二轮廓目的是便于二维半导体层与六方氮化硼绝缘层进行接触。

步骤S305:根据所述第一轮廓和所述第二轮廓使所述二维半导体层与所述六方氮化硼绝缘层接触预设时间。

通过观察第一轮廓和第二轮廓的重叠情况,判断二维半导体层与六方氮化硼绝缘层的接触情况。

步骤S306:移走所述PDMS基体,所述二维半导体层转移至所述六方氮化硼绝缘层上,并对带有所述六方氮化硼绝缘层和所述二维半导体层的所述衬底进行退火处理。

将带有六方氮化硼绝缘层和二维半导体层的衬底放入真空管式炉中,在压强为5Torr的氩气作为保护气下,200℃下退火2小时。此时完成第一层二维半导体层的转移。

步骤S307:将不同种类的新的二维半导体层转移至PDMS基体上。

具体过程请参见步骤S301,此处不再详细赘述。

步骤S308:将带有所述六方氮化硼绝缘层和所述二维半导体层的所述衬底固定在转移设备的旋转底座上,并将带有所述新的二维半导体层的所述PDMS基体固定在载玻片上,所述新的二维半导体层与所述二维半导体层相对。

步骤S309:在最大放大倍数下调整所述新的二维半导体层的位置至显微镜的焦距处,标记所述新的二维半导体层的第三轮廓,并移走所述新的二维半导体层。

标记第三轮廓的目的是便于新的二维半导体层与二维半导体层接触。

步骤S310:在最大放大倍数下调整所述二维半导体层至显微镜的焦距处,并标记所述二维半导体层的第四轮廓。

通过观察第三轮廓和第四轮廓的重叠情况,判断二维半导体层与新的二维半导体层的接触情况。

步骤S311:根据所述第三轮廓和所述第四轮廓使所述新的二维半导体层与所述二维半导体层接触预设时间。

步骤S312:移走所述PDMS基体,所述新的二维半导体层转移至所述二维半导体层上,并对带有所述六方氮化硼绝缘层、所述二维半导体层和所述新的二维半导体层的所述衬底进行退火处理。

将带有六方氮化硼绝缘层、二维半导体层和新的二维半导体层的衬底放入真空管式炉中,在压强为5Torr的氩气作为保护气下,200℃下退火2小时。此时完成第二层二维半导体层的转移。

当二维半导体层的数量超过两层时,重复上述S309至S312的过程即可。

在本申请的一个实施例中,根据所述第一轮廓和所述第二轮廓使所述二维半导体层与所述六方氮化硼绝缘层接触预设时间之前,还包括:

旋转所述旋转底座使所述第二轮廓与所述第一轮廓完全对准;

所述根据所述第三轮廓和所述第四轮廓使所述新的二维半导体层与所述二维半导体层接触预设时间之前,还包括:

旋转所述旋转底座使所述第四轮廓与所述第三轮廓完全对准。

第二轮廓与第一轮廓完全对准,使得六方氮化硼绝缘层与二维半导体层完全重叠,重叠面积最大,第三轮廓与第四轮廓完全对准,使得新的二维半导体层与二维半导体层完全重叠,重叠面积最大,以提升晶体管的性能。

本申请制作方法制得的晶体管中,绝缘层为六方氮化硼绝缘层,六方氮化硼是一种二维晶体材料,厚度非常薄,可以降低晶体管的阈值电压和功耗,沟道层包括多层不同种类的二维半导体层,不同的二维半导体层之间通过范德瓦尔斯力结合,所以不同的二维半导体层与六方氮化硼绝缘层的晶体结构和晶格常数不需要匹配,可以直接形成异质结构,不同种类的二维半导体层可以提高晶体管的开关比;并且,六方氮化硼绝缘层和二维半导体层在制备时分别经过退火处理得到,可以使相邻的两种层结构之间形成良好的范德瓦尔斯界面,有利于提高电子迁移率以及载流子的均匀性,提升晶体管的性能。

下面以一具体过程对本申请中的晶体管制作方法进行阐述。

步骤1、PDMS基体的制备:需要用到SYLGARD 184SILICONE ELASTOMER套件,PDMS主要由套件中的基本组分和固化剂组成,制备方法如下:(1)先准备好一个用去离子水洗净和吹风机吹干的烧杯,向烧杯加入17.5g基本组分,1.75g固化剂,(2)用玻璃棒将基本组分和固化剂的混合液体按照顺时针均匀搅拌10分钟左右,(3)将烧杯中的液体倒入玻璃培养皿中,使培养皿中的液体为高度大约为1mm左右的薄薄一层,(4)将培养皿的盖盖在培养皿上防止污染物污染PMDS液体,并放入烘箱中在60°下加热1小时,最后取出培养皿静置5天,等待PDMS液体凝固成像果冻一样的固体即得到PDMS基体。

步骤2、把3M公司生产的Scotch胶带剪下一块长条状胶带备用,将块状的hBN晶体置于长条胶带粘性一面的中心处,然后沿着粘性面中心对称处对折胶带再分开胶带,如此反复几次以达到使晶体变薄的目的。然后将胶带粘性面与PDMS基体接触再将胶带缓慢揭开,这样一部分超薄的六方hBN绝缘层转移到PDMS基体上。

步骤3、取步骤2中带有hBN的PDMS基体,将其放到显微镜下观察,调整显微镜灯光的强弱,使在电脑软件中显示的样品光学图像的曝光度不超出软件的范围,通过光学对比度来观察找出样品,样品的颜色越浅越接近透明,样品越薄,在这对六方hBN绝缘层厚度要求不高,只要选出颜色比较浅接近透明的六方hBN绝缘层即可。

步骤4、将衬底固定在旋转底座上,将带有六方hBN绝缘层的PMDS基体固定在载玻片下方显微镜与电脑相连,可以通过电脑上的软件观察显微镜观察到的图像,显微镜可以通过上下移动并且配合不同焦距显示不同的放大倍数。具体的转移过程如下:(1)将衬底固定在旋转底座上,利用衬底上镀好的金属标记,通过调节第一位移台的高度和显微镜焦距,找到衬底中心的位置,然后调节第一位移台旋钮使其下降,(2)将带有六方hBN绝缘层的PDMS基体固定在载玻片下方,通过调节第二位移台的上下左右和显微镜焦距,找到作为上层材料的六方hBN绝缘层。然后在最大放大倍数下,调节第二位移台高度,使上层材料正好位于显微镜的焦距处,电脑软件中图像显示最清晰,然后调节第二位移台旋钮使其上升,(3)在同样最大放大倍数下,利用载玻片和PDMS基体的透明特性,调节第一位移台高度,使作为下层材料的衬底正好位于显微镜此时的焦距处,电脑软件中图像显示最清晰,(4)调节第二位移台高度使其下降,使上层材料缓慢接触衬底,等电脑软件图像中六方hBN绝缘层清晰后,不做任何操作使六方hBN绝缘层和硅衬底接触3分钟,然后再向上移动第二位移台,上层材料会脱离PDMS基体留在硅衬底上,将带有六方hBN绝缘层的硅衬底放入真空管式炉中,在压强为5Torr的氩气作为保护气下,200℃下退火2小时。

步骤5、第一二维半导体层的制备:把3M公司生产的Scotch胶带剪下一块长条装胶带备用,将块状的二维晶体材料置于长条胶带粘性一面的中心处,然后沿着粘性面中心对称处对折胶带再分开胶带,如此反复几次以达到使晶体变薄的目的,然后将胶带粘性面与PDMS基体接触再将胶带缓慢揭开,这样一部分单层或少层的二维晶体材料转移到PDMS基体上。

步骤6、第一二维半导体层的筛选:将带有第一二维半导体层的PDMS基体到显微镜下观察,调整显微镜灯光的强弱,使在电脑软件中显示的样品光学图像的曝光度不超出软件的范围,然后保存不过曝情况下的样品图片,然后再用图像软件进行光学对比度的分析。例如使用Image J图像软件,使用其中的Image-Color-Split Channel功能,将光学图像分裂成red、blue、green三个通道,选择其中的green通道进行分析,使用Analyze-Label功能,取一条直线标记出样品处的光学图像值,这条直线应该包含PDMS基体处和薄层样品处,然后再使用Analyze-Plot Profile功能,绘制出直线上的光学图像值,然后保存数据。最后再利用数据处理软件计算样品的光学对比度=(样品图像值-衬底图像值)/衬底图像值,一般单层材料的光学对比度在8%左右,这样就利用光学显微镜的对比度筛选出想要的单层或少层的第一二维半导体层。

步骤7、(1)将带有第一二维半导体层的PDMS基体固定在载玻片下方,通过调节第二位移台的上下左右和显微镜焦距,找到作为上层材料的第一二维半导体层。然后在最大放大倍数下,调节第二位移台高度,使上层材料正好位于显微镜此时的焦距处,电脑软件中图像显示最清晰,在软件上用红色线条画出要转移的第一二维半导体层的轮廓,然后调节第二位移台旋钮使其上升,(2)将带有六方hBN绝缘层的硅衬底固定在旋转底座上,利用硅上镀好的金属标记,通过调节第一位移台的上下左右和显微镜焦距,找到作为下层材料的超薄六方hBN绝缘层,在同样最大放大倍数下,利用载玻片和PDMS的透明特性,调节第一位移台高度,使下层材料正好位于显微镜此时的焦距处,电脑软件中图像显示最清晰,在软件上用蓝色线条画出六方hBN绝缘层的轮廓,(3)根据标记的线条轮廓,看此时上层材料要要转移的部分与蓝色线条轮廓方向上是否相匹配,若不匹配则调整旋转底座方向和第一位移台左右使下层材料与上层材料处于一个合适方向上的相对位置,(4)调节第二位移台高度使其下降,使上层材料缓慢接触下层材料,此时显微镜在电脑软件中显示的图像会发生变化,像是有液体从边缘的某个角落向着对角的角落移动一样,等移动到对角方向角落处以后,不做任何操作使两层材料接触3分钟,然后再向上移动第二位移台,由于两层材料间的范德瓦尔斯力作用,上层材料会脱离PDMS留在下层材料上方,然后将带有超薄六方hBN绝缘层和第一二维半导体层的硅衬底放入真空管式炉中,在压强为5Torr的氩气作为保护气下,200℃下退火2小时。

步骤8、第二二维半导体层的制备步骤同步骤5相同。

步骤9、第二二维半导体层的筛选步骤同步骤6相同,利用光学显微镜的对比度筛选出想要的单层或少层的第二二维半导体层。

步骤10、将作为上层材料的第二二维半导体层转移到作为下层材料的第一二维半导体层上使其形成异质结,异质结的组装过程如下:(1)将带有第二二维半导体层的PDMS基体固定在载玻片下方,通过调节第二位移台的上下左右和显微镜焦距,找到作为上层材料的第二二维半导体层,然后在最大放大倍数下,调节第二位移台高度,使上层材料正好位于显微镜此时的焦距处,电脑软件中图像显示最清晰,在软件上用红色线条画出要转移部分的轮廓,然后调节第二位移台旋钮使其上升,(2)将带有第一二维半导体层的硅衬底固定在旋转底座上,利用硅上镀好的金属标记,在同样最大放大倍数下,利用载玻片和PDMS的透明特性,通过调节第一位移台的上下左右和显微镜焦距,找到下层材料,调节第一位移台高度,使下层材料正好位于显微镜此时的焦距处,电脑软件中图像显示最清晰,在软件上用蓝色线条画出六方hBN绝缘层的轮廓,(3)根据标记的线条轮廓,看此时上层材料要要转移部分的红色线条与蓝色线条轮廓方向上是否相匹配,若不匹配则调整旋转底座方向和第一位移台左右使下层材料与上层材料处于一个合适方向上的相对位置,(4)调节第二位移台高度使其下降,使上层材料缓慢接触下层材料,此时显微镜在电脑软件中显示的图像会发生变化,像是有液体从边缘的某个角落向着对角的角落移动一样,等移动到对角方向角落处以后,不做任何操作使两层材料接触3分钟,然后再向上移动第二位移台,由于两层材料间的范德瓦尔斯力作用,上层材料会脱离PDMS留在下层材料上方,这样就完成了异质结的组装。

步骤11、异质结的形成:将带有六方hBN绝缘层、第一二维半导体层、第二二维半导体层的硅衬底放入真空管式炉中,在压强为5Torr的氩气作为保护气下,200℃下退火2小时。通过分别进行的三次退火处理来去除不同晶体材料界面间的杂质和空气,保证几种晶体间形成干净性能优异的范德瓦尔斯界面确保器件的性能,这样几种不同的晶体材料最后就形成了异质结。

当需要制备更多层的异质结,只需要重复步骤8、9和10,就可以制备出更多层的二维半导体层等,制备出更多层的异质结。

步骤12、晶体管的制备:取退火后带有二维异质结晶体的硅衬底,将其放入丙酮溶液进行浸泡,接着再快速旋涂上一层PMMA光刻胶,把涂好后的硅衬底放入热板上进行烘烤。烘烤后将硅衬底放上掩膜版,使用电子束曝光机进行电极的曝光,用显影液显影并用IPA定影,然后用干燥的氮气吹干。最后电子束蒸发在衬底和异质结上沉积金属薄膜电极层。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处,各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言,由于其与实施例公开的方法相对应,所以描述的比较简单,相关之处参见方法部分说明即可。

以上对本申请所提供的晶体管及其制作方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本申请原理的前提下,还可以对本申请进行若干改进和修饰,这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

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