高遷移率二硫化鉬場效應晶體管的研究.pdf

1、隨著集成電路工藝步入22nm工藝節(jié)點，傳統(tǒng)硅基MOSFET的短溝道效應引起的器件性能衰減越來越明顯，因此尋找新的半導體材料勢在必行。二維過度金屬硫化物因其獨特的物理特性以及超薄二維結構而受到廣泛關注。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晶體管的溝道材料，形成高開關比、低功耗器件，在與傳統(tǒng)半導體工藝兼容的基礎上有效地抑制了尺寸縮小而引起的短溝道效應。大面積、層數可控的

2、二硫化鉬生長及MoS2場效應晶體管的性能優(yōu)化是其走向應用的基本要求。
　　然而，目前關于MoS2場效應晶體管的研究大多都采用機械剝離樣品，然而機械剝離法的局限性使得其很難走向應用，同時許多課題組發(fā)現，由于單層MoS2對于環(huán)境的敏感性導致了較低的器件遷移率（10-2-10cm2V-1s-1）；同時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基場效應晶體管的性能。基于以上分析，我們進行了大尺

3、寸、層數可控CVD-MoS2生長工藝優(yōu)化以及MoS2基場效應晶體管性能優(yōu)化的研究。
　　本文的主要研究內容有：優(yōu)化CVD-MoS2薄膜的生長工藝，獲得大尺寸、層數可控的MoS2；采用傳統(tǒng)微納加工工藝在合成的MoS2薄膜上構建MoS2基背柵場效應晶體管，其中研究以不同層數 MoS2作為溝道時，器件的性能變化；通過化學改性，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比等電學性能。
　　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、均勻性及結晶度進行了全面的表征。
　　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、膜上構建背柵場效應晶體管器件，并通過測試比較了不同層數的二硫化鉬作為溝道時，器件的性能的變化，并研究引起性能變化的原因。
　　xx在上述器件構建的基礎上，通過化學改性改變 MoS2薄膜的晶格結構或降低 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體相2H-MoS2轉變?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