[发明专利]一种二维沟道材料Ga2

说明书

本发明提供了一种Ga₂SSe材料的制备方法，属于纳米材料制备技术领域。主要制备过程是将硒化镓多晶粉末利用液相剥离法得到片层硒化镓样品，随后将片层硒化镓样品硫化处理获得Ga₂SSe材料。制备出的Ga₂SSe材料拥有较高的载流子迁移率，当作为沟道材料应用在栅长为5纳米的场效应晶体管上时表现出优异的输运性能，能够有效克服短沟道效应带来的问题。本发明制备的流程操作简单，产品质量好，在电子器件等工程领域具有巨大的应用前景。

技术领域

本发明属于纳米材料制备技术领域，具体涉及一种二维沟道材料Ga₂SSe的制备方法及应用。

背景技术

在后摩尔时代，节点的进展和晶体管特征尺寸减小的趋势也变得最来越慢。在当前物联网、人工智能和5G信息等对微电子技术提出了高要求的时间点上，提升器件性能到高性能表现至关重要。但是传统硅基半导体已经很难满足要求，进一步缩小栅长至10纳米以下时面临着巨大挑战，由短沟道效应引发如阈值电压减小、漏致势垒降低以及热电子效应等，严重影响硅基场效应晶体管性能的提升。针对超短场效应晶体管中存在的问题，寻找合适的沟道材料是推进微电子继续发展的关键。二维金属单硫族化合物拥有原子级的厚度和无侧向悬挂键的特点，因此表现出较少的表面态陷阱和良好的栅极静电调控能力，其光学和电子特性在光电子、器件、传感器等方面卓越的应用，成为了下一代电子器件的曙光。

二维金属单硫族化合物中的MX（M = In，Ga；X = Se，S，Te）一方面因在自旋电子学，热电学，光电子学领域的优异表现，并在纳米器件、催化剂、光电探测器等用途而引起人们极大的兴趣；另一方面，这种硫族化合物因为其较大的带隙值，良好的载流子迁移率，高稳定性和易于被制造而被视为替代硅基场效应晶体管中的沟道材料的最佳候选者之一。而根据先前的研究表明，硒化硫在场效应管上的亚阈值摆幅较低，而硒化镓有着开态电流非常高的优点。但是硒化硫也存在开态电流太低，硒化镓存在亚阈值摆幅过高的原因而无法得到应用。所以我们希望能在硒化镓的基础上通过改变上下层原子来制备出一种新型材料，以提高其在场效应管性能上的表现。

发明内容

本发明的目的在于针对现有传统硅基沟道材料在超短场效应晶体管中存在的问题，提供一种二维沟道材料Ga₂SSe的制备方法，旨在希望该材料能够替代传统硅基材料并且克服短沟道效应等问题，提升场效应晶体管的性能表现。

为了达到上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种二维沟道材料Ga₂SSe的制备方法，包括以下步骤：

步骤（1）取得纯度大于99.95%的硒化镓多晶粉末或单晶块体加入到密封罐中；

步骤（2）密封罐中以1：（80-100）的固液质量比例加入极性溶剂（如：N,N-二甲基乙酰胺或乙醇和水的混合溶剂）经过充分混合，形成溶液体系；

步骤（3）从密封罐的下部喷嘴往溶液通入氩气，氩气流量为100 sccm（1sccm =1ml/min），进行1小时鼓泡处理去除溶液中的氧气，防止样品在后续步骤中被氧化；

步骤（4）在超声清洗机中加入适量的冰块，目的为避免在超声过程中产生热能导致的溶液温度升高影响剥离效果，将密封罐放置到超声波清洗机中进行110W下超声处理12小时，随后得到片层硒化镓分散液；

步骤（5）将得到的片层硒化镓分散液置于离心管中，并把离心管置于离心机中以3000 rpm/min的转速离心1小时进行分离，离心后取得管内三分之二的上清液，重复上述离心过程3次，并50 ℃的真空干燥8小时得到干净的片层硒化镓样品；

步骤（6）将片层硒化镓样品放置在管式炉加热区的中心加热到800 ℃，将硫粉加热到150 ℃，并通过氩气将硫气运送到加热区的中心，硫化过程应保持30 ~ 60 min，最后自然冷却至室温；