一种激光局部加热制备P型二维材料MOSFET的方法与流程

本发明涉及一种半导体制备技术，尤其是涉及一种激光局部加热制备p型二维材料mosfet的方法。

背景技术：

金属-氧化物半导体场效应晶体管，简称金氧半场效晶体管(metal-oxide-semiconductorfield-effecttransistor,mosfet)是一种可以广泛使用在模拟电路与数字电路的场效晶体管(field-effecttransistor)。mosfet依照其“通道”(工作载流子)的极性不同，可分为“n型”与“p型”的两种类型，通常又称为nmosfet与pmosfet，其他简称尚包括nmos、pmos等。

随着硅基晶体管的尺寸逐渐接近物理极限，以新材料、新结构和新原理为主要特征的新器件技术开始受到广泛的关注。其中二维过渡金属硫族化合物半导体(tmdc，包括mos2、mose2、ws2等)具有1-2ev的带隙、良好的空气稳定性和工艺兼容性，非常适合cmos器件集成，有望给微电子器件带来新的技术变革。但是在一般情况下，tmdc材料中由于存大量的s或者se空位，使得二维材料呈现n型半导体。同时，金属电极和二维材料接触时，由于费米能级的钉扎效应，导致金属的功函数靠近二维材料导带，从而形成n型tmdc晶体管。cmos结构的tmdc晶体管器件在微电子领域的大量使用有待于二维材料制作p型晶体管的技术进展。

另一方面，目前二维过渡金属硫族化合物晶体管在性能研究上取得了很大进步，但实验上tmdc晶体管的迁移率远低于理论极限。二维材料与金属电极形成金半接触引起的较大接触电阻，是制约tmdc基mosfet晶体管的性能在微电子领域应用的关键瓶颈。

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种激光局部加热制备p型二维材料mosfet的方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

制备方法包括如下步骤：

步骤一，采用硅材料形成衬底；

步骤二，在衬底上生长形成二氧化硅绝缘层；

步骤三，在所述的二氧化硅绝缘层上覆盖一层二维材料；

步骤四，激光加热所述二维材料两端，使得二维材料的两端氧化并转变为具有金属特性的氧化物；

步骤五，在两端的氧化物上分别生长形成源电极和漏电极；

步骤六，在衬底下方生长形成背电极。

进一步地，所述的二维材料是mos2、mose2、ws2、wse2、tis2或vse2中的一种，采用激光局部加热二维材料，使其氧化成具有金属特性的氧化物，比如moox(x≤3)，moox功函数在tmdc材料价带能级附近，同时氧化物和二维材料的接触减弱金属费米能级钉扎效应，二维材料与金属电极形成良好的欧姆接触。相比原有的金属与tmdc材料的接触势垒高度，moox和tmdc材料之间的接触势垒高度降低，接触电阻减小，mosfet的迁移率及驱动电流提高。

进一步地，所述的二维材料的厚度大于5nm。

进一步地，所述的步骤四中激光加热的功率大于1mw，加热时间大于10s。

进一步地，所述的源电极、漏电极和背电极的材料为金、银或铜中的一种。

一种p型二维材料mosfet，包括衬底、二氧化硅绝缘层、二维材料、具有金属特性的氧化物、源电极、漏电极和背电极，所述的衬底由硅材料制成，所述的二氧化硅绝缘层生长形成于衬底之上，二氧化硅绝缘层上覆盖有一层二维材料，所述二维材料的两端由于激光加热而氧化生成具有金属特性的氧化物，两端的氧化物上分别生长形成有源电极和漏电极，所述的背电极生长形成于衬底下方。

进一步地，所述的二维材料是mos2、mose2、ws2、wse2、tis2或vse2中的一种。

进一步地，所述的二维材料的厚度大于5nm。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、采用激光局部加热二维材料使其氧化，由于金属氧化物的功函数在tmdc材料价带能级附近，从而可以构成p型mosfet，该方法具有很高的效率和制备良率。

2、金属氧化物和tmdc的接触减弱了费米能级钉扎效应，二维材料与金属电极形成欧姆接触。相比于原有接触势垒高度，金属氧化物和tmdc材料之间的接触势垒高度降低，接触电阻减小，器件的迁移率及驱动电流提高。

3、pmos管和nmos管互补构成cmos集成电路，具有广泛的应用前景。

附图说明

图1为本发明中p型二维材料mosfet的结构示意图；

图2为moo3与mos2之间的能带结构示意图。

图中：1、衬底，2、二氧化硅绝缘层，3、二维材料，4、氧化物，5、源电极，6、漏电极，7、背电极。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1：

如图1所示，一种p型mosfet，该mosfet采用硅材料衬底1，在硅衬底上生长二氧化硅绝缘层2，厚度为20nm；在所述的二氧化硅绝缘层上覆盖一层mose2，厚度15nm；激光局部加热mose2两端，激光功率为1mw，局部加热时间为10s，经激光局部加热的mose2发生氧化，生成具有金属特性的moox(x≤3)；在两端moox上用金属ag制作漏电极5和源电极6，在硅衬底上生长背电极7。本发明中激光局部加热使mose2发生氧化，其moox功函数在mose2价带能级以下，可以制备p型的mosfet；同时moox和mose2的接触减弱了mosfet中费米能级钉扎效应，接触势垒高度降低，参见图2，由此使pmos具有高的驱动电流。

实施例2：

如图1所示，一种p型mosfet，该mosfet采用硅材料衬底1，在硅衬底上生长二氧化硅绝缘层2，厚度8nm；在所述的二氧化硅绝缘层上覆盖一层mos2，厚度10nm；激光局部加热mos2两端，激光功率为：2mw，局部加热时间为：20s，经激光局部加热的mos2发生氧化，生成具有金属特性的moo3；在两端moo3上用金属au制作漏电极5和源电极6，在硅衬底上生长背电极7。本实施例中激光局部加热使mos2发生氧化，其moo3功函数在mos2价带能级附近，可以制备p型的mosfet；同时moo3和mos2的接触减弱了mosfet中费米能级钉扎效应，接触势垒高度降低，参见图2，由此使pmos具有高的驱动电流。

此外，采用ws2、wse2、tis2或vse2用来代替moo3和mos2可获得同样性能的p型的mosfet，此时的ws2、wse2、tis2或vse2被氧化后得到的wo3和ws2、tio2和tis2，v2o5和vse2的接触均减弱了mosfet中费米能级钉扎效应，接触势垒高度降低。

以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式的限制。虽然本发明已以较佳实例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述所述的方法及技术内容做出些许的更改或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术发案的内容，依据本发明的技术实质对以上实例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，仍属于本发明技术方案的范围内。