本文選題：二硫化鉬 + 化學(xué)氣相沉積��； 參考：《天津理工大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：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(shì)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(MoS_2)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)可控的二硫化鉬生長及MoS_2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MoS_2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MoS_2對(duì)于環(huán)境的敏感性導(dǎo)致了較低的器件遷移率(10-2-10cm2V~(-1)s~(-1));同時(shí)MoS_2與金屬電極形成金半接觸引起的較大接觸電阻以及MoS_2溝道的缺陷同樣限制了MoS_2基場效應(yīng)晶體管的性能�；谝陨戏治�,我們進(jìn)行了大尺寸、層數(shù)可控CVD-MoS_2生長工藝優(yōu)化以及MoS_2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-MoS_2薄膜的生長工藝,獲得大尺寸、層數(shù)可控的MoS_2;采用傳統(tǒng)微納加工工藝在合成的MoS_2薄膜上構(gòu)建MoS_2基背柵場效應(yīng)晶體管,其中研究以不同層數(shù)MoS_2作為溝道時(shí),器件的性能變化;通過化學(xué)改性,降低MoS_2與金屬電極的接觸電阻以及MoS_2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-MoS_2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(duì)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MoS_2三角(六角),以及一些三層(10-15μm)及四層(5μm)MoS_2薄膜;并且通過XPS、拉曼光譜及TEM等手段對(duì)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MoS_2薄膜上構(gòu)建背柵場效應(yīng)晶體管器件,并通過測(cè)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。在上述器件構(gòu)建的基礎(chǔ)上,通過化學(xué)改性改變MoS_2薄膜的晶格結(jié)構(gòu)或降低MoS_2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-MoS_2轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘傧?T-MoS_2,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;另一方面,通過MPS溶液低溫退火法修復(fù)了MoS_2溝道中的硫空位,減少了MoS_2溝道的缺陷,并結(jié)合1T-MoS_2接觸,最終得到了約50.23cm2V~(-1)s~(-1)的遷移率及8×10~6的器件開關(guān)比。
[Abstract]:With the integrated circuit process stepping into the 22nm process node, the performance attenuation caused by the short channel effect of traditional silicon based MOSFET becomes more and more obvious, so it is imperative to search for new semiconductor materials.Due to its unique physical properties and ultrathin two-dimensional structure, two-dimensional excessive metal sulphides have attracted wide attention.Molybdenum disulfide (MoS _ 2) as a member of the two-dimensional transition metal sulphide, due to its wide bandgap of 1.2-1.8 EV), it is suitable as a channel material for FET to form high-switching ratio, low-power devices,On the basis of compatibility with traditional semiconductor process, the short channel effect caused by size reduction is effectively suppressed.The growth of molybdenum disulfide with large area and controllable layers and the performance optimization of MoS_2 field effect transistor are the basic requirements for its future application.However, at present, most of the researches on MoS_2 field effect transistors use mechanical stripping samples. However, the mechanical stripping method is difficult to be applied because of its limitations. At the same time, many research groups have found that,Because of the environmental sensitivity of monolayer MoS_2, the lower device mobility (10-2-10cm2V) and the larger contact resistance caused by gold semi-contact between MoS_2 and metal electrode, as well as the defect of MoS_2 channel, also limit the performance of MoS_2 based FET.Based on the above analysis, we studied the growth process optimization of large size, multilayer controllable CVD-MoS_2 and the performance optimization of MoS_2 based field effect transistors.The main research contents of this paper are as follows: optimizing the growth process of CVD-MoS_2 thin film to obtain the large size and controllable number of layers of Mos\\\The performance changes of MoS_2 with different layers are studied, and the contact resistance between MoS_2 and metal electrode and the defect of MoS_2 channel are reduced by chemical modification.Optimization of the growth process of CVD-MoS _ 2 thin Film by improving the Mobility and switching ratio of the device: the effects of temperature and hydrogen flow rate on the size and number of layers of molybdenum disulfide are studied.Single and double layer MoS_2 triangles (hexagonal, some trilayers 10-15 渭 m) and four layers of 5 渭 m)MoS_2 thin films with large size of 40 ~ 60 渭 m were synthesized by optimizing the process conditions, and the number of layers of molybdenum disulfide thin films was determined by means of TEM, Raman spectroscopy and TEM.The homogeneity and crystallinity were characterized.The backgate FET devices were fabricated on 1-3 layers of MoS_2 thin films by traditional micro and nano fabrication processes (including UV lithography, etching, electron beam exposure and PVD coating).The properties of the devices with different layers of molybdenum disulfide as the channel are compared and the causes of the performance changes are studied.On the basis of the above devices, the lattice structure of MoS_2 films is changed by chemical modification or the lattice defects in the MoS_2 channels are reduced, so as to improve the mobility of the devices.On the one hand, the semiconductor phase 2H-MoS_2 in contact with the source and drain metal electrode is transformed into metal phase 1T-MoS2 by using positive Ding Ji lithium, thus greatly reducing the contact resistance of the device, the mobility of the device and the on-current of the device are increased by about 2 times, on the other hand,
【學(xué)位授予單位】：天津理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TN386

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本文編號(hào)：1731400