[发明专利]一种直接生长二维的二硫化钼背栅器件的方法

说明书

技术领域

本发明属于碳基集成电路制造技术领域，具体涉及一种直接生长二维的二硫化钼背栅器件的方法。

背景技术

随着石墨烯的发现，其有着优良的性能，石墨烯具有室温下高速的电子迁移率200 000 cm2∕V·s、高的理论比表面积2600 m2/g、还具有高热导率3000 W/m·K和出色的力学性能(高模量 1060GPa，高强度 130GPa)，可以作为器件电极和未来下一代半导体行业基础材料。石墨烯（Graphene）是由单层六角元胞碳原子组成的蜂窝状二维晶体，是石墨中的一层，图1所示为石墨烯的基本结构示意图。

随着人们对石墨烯的研究，人们也将目光投向与石墨烯结构相似的其他二维材料上，其中二硫化钼就是其中一种二维材料。二硫化钼的结构是六方晶系的一种“三明治”结构，其中分子结构图如图2所示，中间一层为钼原子层，上下两层为硫原子层，整个二硫化钼由单层或多层构成。二硫化钼的性质与石墨烯类似，不过，二硫化钼具有禁带，单层二硫化钼的能带隙达到 1.90 eV，可以用来制备器件。另外，二硫化钼以其独特的“三明治夹心”层状结构在润滑剂、催化、能量存储、复合材料等众多领域应用广泛。

对于制备二维的二硫化钼器件有着重大的意义，可以大大缩小器件的面积，提高器件的性能。将二硫化钼应用到半导体行业将大大推动半导体行业的发展。对于一个器件，其沟道与电极都应用到二维材料，以其独特的性质，可以很大提高器件的性能。同时以二维的氮化硼作为二硫化钼的保护层，将进一步推动器件的性能，免受器件外界其他因素的影响和退化。另外制备器件，大多需要用到光刻，工艺步骤复杂，没有直接通过生长材料就可以制备器件。

本发明通过直接生长二维材料来直接制备出器件，简化工艺步骤，从而提供一种新的制备器件的方法。通过生长二硫化钼和石墨烯，生长的石墨烯与二硫化钼相连，作为二硫化钼器件的电极；然后生长氮化硼作为二硫化钼的保护层，提高器件性能和防止器件性能的退化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工艺简单、器件性能优良的二维二硫化钼背栅器件的制备方法。 

本发明方法可以在二硫化钼外延生长出石墨烯，生长的石墨烯与二硫化钼相连，作为器件的电极；在二硫化钼上生长二维材料氮化硼作为保护层，使二硫化钼免受其他的污染，保护其性能。

本发明提出的一种直接生长二维的二硫化钼背栅器件的方法，具体步骤为：

（1）提供生长有二氧化硅的高掺硅衬底；

（2）利用掩膜板，在衬底上淀积钼薄块和在其两边淀积不连续的铜斑点；

（3）利用化学气相沉积方法，在经上述处理的衬底上生长二硫化钼；

（4）利用化学气相沉积方法，在经上述处理的衬底上生长石墨烯作为器件电极；

（5）在二硫化钼上生长氮化硼，作为保护层，最后形成器件。

进一步地，所述的提供生长有二氧化硅的高掺硅衬底样品应十分平整和光滑，表面经过抛光处理。之后要对样品进行清洗，使衬底干净光滑，没有玷污。接着在衬底上淀积钼薄块，作为生长二硫化钼所需的原料。衬底上淀积铜斑点，作为生长石墨烯所需的成核位点。首先生长二硫化钼，再生长石墨烯。这其中，用到淹没板，需要设计好，设计足够多的铜斑点，不连续，为形成大面积连续的石墨烯电极提供足够多的成核位点，好在二硫化钼的两边上生长上连续的石墨烯作为电极。其中二硫化钼的边缘处的悬挂键也为生长石墨烯提供方便。

本发明方法生长出两种二维材料，而且这两种二维材料相连，制备形成器件；接着在二硫化钼上生长上二维的氮化硼材料，为器件提供保护层，可以提高器件的性能和寿命。本发明直接生长二维的二硫化钼背栅器件，方法简单方便，减少工艺步骤，提高器件性能，改善电极接触电阻，保护器件和提高器件的使用寿命，可以作为新型制备二硫化钼和二维材料器件的一种基本方法。

附图说明

图1为石墨烯基本结构示意图。

图2为二硫化钼基本结构示意图。

图3至图6为本发明提供一种直接生长二维的二硫化钼背栅器件过程示意图。

图7为本发明操作流程图。

具体实施方式

本发明提出一种直接生长二维的二硫化钼背栅器件的方法。这种通过直接生长制备二维的二硫化钼背栅器件的方法，工艺步骤简单，不需要光刻等复杂工艺步骤，直接生长出二维的二硫化钼和石墨烯，其中生长的石墨烯与二硫化钼相连，作为器件的电极，最后在二硫化钼上生长氮化硼作为其的保护层，保护器件性能。以下所述的是采用本发明所提出直接生长二维的二硫化钼背栅器件的实施例。