[发明专利]基于碱金属溶液掺杂的二硫化钼晶体管及制备方法

权利要求书

1.基于碱金属溶液掺杂的二硫化钼晶体管，其特征在于，包括自下而上依次设置的底栅(1)和介电层(2)，介质层(2)上方设置有源电极(3)、漏电极(4)和半导体层(5)，其特征在于：半导体层(5)与源电极(3)之间设有源掺杂区域(6)，半导体层(5)与漏电极(4)之间设有漏掺杂区域(7)，这两个掺杂区均采用10％-30％氢氧化钾水溶液进行掺杂。

2.根据权利要求1所述的晶体管，其特征在于：所述底栅(1)采用P型重掺杂硅。

3.根据权利要求1所述的晶体管，其特征在于：所述介电层(2)采用二氧化硅，其厚度为200-300nm。

4.根据权利要求1所述的晶体管，其特征在于：所述半导体层(5)采用二硫化钼，其厚度为1-6nm。

5.根据权利要求1所述的晶体管，其特征在于：所述源电极(3)和漏电极(4)均采用厚度为50-100nm的Au。

6.基于碱金属溶液掺杂的二硫化钼晶体管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将带有200-300nm SiO₂的p型重掺杂硅片衬底清洗干净后用氮气枪吹干；

2)采用胶带撕拉剥离的方法从MoS₂固体上获取MoS₂薄膜，粘在吹干后的硅片上，去掉胶带，将MoS₂薄膜转移到硅片上；

3)在覆盖有MoS₂薄膜的硅片衬底上旋涂180-300nm厚的聚甲基丙烯酸甲脂光刻胶，采用电子束光刻的方法在光刻胶上刻出电极的图形，去掉电极区域的光刻胶，暴露出需要掺杂部分的MoS₂薄膜；

4)将刻有电极图形的MoS₂薄膜置于浓度为10％-30％的KOH溶液中浸泡5-30分钟，完成对已刻有电极图案的MoS₂薄膜的表面掺杂；

5)在已刻有电极图形的MoS₂薄膜上淀积50-100nm厚的Au，再将其置于丙酮中浸泡5-12小时，以去除电极图形以外多余的Au薄膜，形成器件的源漏电极。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤2)中，采用胶带撕拉剥离的方法获取MoS₂薄膜，是先使用透明胶带将MoS₂薄膜从MoS₂固体上剥离；再将粘有MoS₂薄膜的胶带紧密的贴到已经清洗好的硅片上；然后将透明胶带撕下，使MoS₂薄膜将留在硅片上。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤3)中，采用电子束光刻的方法在光刻胶上刻出电极的图形，按以下步骤进行：

8a)在带有MoS₂薄膜的硅片上旋涂180-300nm厚的聚甲基丙烯酸甲脂，其中旋涂转速为5000-6000rpm，旋涂时间为50-60s；

8b)将涂有聚甲基丙烯酸甲酯的硅片衬底置于温度为130-150℃的烘箱里退火15-30min，形成光刻胶层；

8c)用光学显微镜在硅片衬底上找到所需的MoS₂薄膜并标记位置；

8d)采用电子束光刻的方法在MoS₂薄膜中的半边上制备2-3μm宽的带状电极图形；

8e)将甲基异丁基酮与异丙醇按1:3的体积比进行混合得到显影液，将衬底置于显影液中，浸泡30-40秒，去除电极区域的光刻胶，将MoS₂薄膜暴露出来。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤5)中淀积Au金属电极，是将已完成掺杂的样品转入到金属蒸镀室中，在真空度小于5×10^-4Pa，电流为38A-42A的条件下热蒸发50-100nm厚的Au薄膜。