高遷移率二硫化鉬場效應(yīng)晶體管的研究.pdf

1、隨著集成電路工藝步入22nm工藝節(jié)點(diǎn)，傳統(tǒng)硅基MOSFET的短溝道效應(yīng)引起的器件性能衰減越來越明顯，因此尋找新的半導(dǎo)體材料勢在必行。二維過度金屬硫化物因其獨(dú)特的物理特性以及超薄二維結(jié)構(gòu)而受到廣泛關(guān)注。二硫化鉬（MoS2）作為二維過渡金屬硫化物中的一員，由于較寬的帶隙（1.2-1.8eV）使得其適合作為場效應(yīng)晶體管的溝道材料，形成高開關(guān)比、低功耗器件，在與傳統(tǒng)半導(dǎo)體工藝兼容的基礎(chǔ)上有效地抑制了尺寸縮小而引起的短溝道效應(yīng)。大面積、層數(shù)可控的

2、二硫化鉬生長及MoS2場效應(yīng)晶體管的性能優(yōu)化是其走向應(yīng)用的基本要求。
　　然而，目前關(guān)于MoS2場效應(yīng)晶體管的研究大多都采用機(jī)械剝離樣品，然而機(jī)械剝離法的局限性使得其很難走向應(yīng)用，同時(shí)許多課題組發(fā)現(xiàn)，由于單層MoS2對于環(huán)境的敏感性導(dǎo)致了較低的器件遷移率（10-2-10cm2V-1s-1）；同時(shí)MoS2與金屬電極形成金半接觸引起的較大接觸電阻以及MoS2溝道的缺陷同樣限制了MoS2基場效應(yīng)晶體管的性能?；谝陨戏治觯覀冞M(jìn)行了大尺

3、寸、層數(shù)可控CVD-MoS2生長工藝優(yōu)化以及MoS2基場效應(yīng)晶體管性能優(yōu)化的研究。
　　本文的主要研究內(nèi)容有：優(yōu)化CVD-MoS2薄膜的生長工藝，獲得大尺寸、層數(shù)可控的MoS2；采用傳統(tǒng)微納加工工藝在合成的MoS2薄膜上構(gòu)建MoS2基背柵場效應(yīng)晶體管，其中研究以不同層數(shù) MoS2作為溝道時(shí)，器件的性能變化；通過化學(xué)改性，降低 MoS2與金屬電極的接觸電阻以及MoS2溝道的缺陷，提高器件的遷移率及開關(guān)比等電學(xué)性能。
　　CVD

4、-MoS2薄膜生長工藝優(yōu)化：研究溫度的變化和氫氣流量的變化對于二硫化鉬尺寸及層數(shù)的影響，并通過工藝條件優(yōu)化合成了較大尺寸（40-60μm）的單雙層 MoS2三角（六角），以及一些三層（10-15μm）及四層（5μm）MoS2薄膜；并且通過 XPS、拉曼光譜及TEM等手段對二硫化鉬薄膜的層數(shù)、均勻性及結(jié)晶度進(jìn)行了全面的表征。
　　通過傳統(tǒng)微納加工工藝（包括紫外光刻、刻蝕、電子束曝光及 PVD鍍膜等工藝）在上述合成的1-3層MoS2薄

5、膜上構(gòu)建背柵場效應(yīng)晶體管器件，并通過測試比較了不同層數(shù)的二硫化鉬作為溝道時(shí)，器件的性能的變化，并研究引起性能變化的原因。
　　xx在上述器件構(gòu)建的基礎(chǔ)上，通過化學(xué)改性改變 MoS2薄膜的晶格結(jié)構(gòu)或降低 MoS2溝道中的晶格缺陷，以提高器件的遷移率。一方面，采用正丁基鋰將與源漏金屬電極接觸部分的半導(dǎo)體相2H-MoS2轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘傧?T-MoS2，從而極大地降低了器件的接觸電阻，器件的遷移率提高及on-current都提高了約2倍；另一