[发明专利]基于Al2O3介质栅衬底制备二维材料场效应管的方法

说明书

本发明公开了一种基于Al₂O₃介质栅衬底制备二维材料场效应管的方法，其包括：利用氢氟酸溶液除去掉原始硅片上的SiO₂层；利用原子层沉积方法将Al₂O₃薄膜沉积在已去除掉SiO₂层的硅片上；利用定点转移方法将二维材料转移到新制备的具备Al₂O₃栅极介电层的硅片上；利用带有二维材料的Al₂O₃栅极介电层的硅片，并通过微电子加工方法制备出二维材料场效应晶体管。本发明制备的二维材料场效应管具有较高的信号放大能力，因而能够保证其具有更高的集成度。

技术领域

本发明涉及半导体器件——场效应管，特别是一种基于Al₂O₃介质栅衬底制备二维材料场效应管的方法。

背景技术

随着集成晶体管数目的日益增长，摩尔定律预示着芯片的特征尺寸在不久的将来就有望达到原子分子量级。当半导体电子器件特征尺寸进入10纳米尺度范围，各种量子效应会凸现出来并最终成为该尺度下的普遍行为，导致器件功能的失效。信息技术的强大需求牵引必将使器件的特征尺寸快速逼近物理极限，从微电子到纳米电子，器件材料也从三维半导体材料到低维量子结构。

自从石墨烯在2004年被发现以来，二维材料(例如石墨烯、黑磷、过渡金属硫族化合物等)引起了科学界的广泛关注。二维材料在逻辑器件、光电探测器、柔性触摸屏、射频器件等方面有着广泛的应用前景。由于光学干涉效应，二维材料的层数信息可以很容易地在二氧化硅/硅衬底上得以分辨，所以目前大多数的研究仍然是采用传统的层厚为300纳米的二氧化硅(SiO₂)作为栅极介电层。然而，利用300纳米层厚的SiO₂会大大降低器件的信号放大能力这一重要参数。于是，在SiO₂衬底上制造的器件需要更高的背向栅极电压才能调控二维材料的费米能级，这并不利于大规模逻辑电路的集成。因此，如何改善和提高二维材料场效应管的信号放大能力，从而保证其具有更高的集成度，成为亟待解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种基于Al₂O₃介质栅衬底制备二维材料场效应管的方法，以此来改善和提高器件的信号放大能力。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于Al₂O₃介质栅衬底制备二维材料场效应管的方法，其包括下列步骤：

1)将表面覆盖有SiO₂的原始硅片浸泡在摩尔比为3％-9％的氢氟酸溶液里以除去原始硅片上的SiO₂层，形成初处理硅片；

2)以三甲基铝和蒸馏水为源，反应温度为250℃，利用原子层沉积方法在初处理硅片上生长Al₂O₃栅极介电层；

3)利用定点转移方法将二维材料转移到步骤2)得到的生长有Al₂O₃栅极介电层的硅片上，形成二维材料场效应管制备硅片；

4)利用二维材料场效应管制备硅片，并运用微电子加工技术制备出二维材料场效应晶体管。

上述方法中，所述原始硅片的掺杂类型为n++，电导率为0.01－0.02Ω·cm，栅极介电层为厚度为300nm的SiO₂。

上述方法中，所述在初处理硅片上生长Al₂O₃栅极介电层的方法为：

(1)将初处理硅片放入反应腔内，并通入氮气清洗20分钟；

(2)加热反应腔至250℃，设定升温时长为半小时；