[发明专利]降低硅和过渡金属硫化物半导体肖特基势垒的界面处理方法

说明书

一种降低硅和过渡金属硫化物半导体肖特基势垒的界面处理方法，是在Si的表面用氢元素或者氟元素进行钝化处理，然后与过渡金属硫化物的两端进行表面接触，搭成NIN型肖特基场效应管或PIP型肖特基场效应管。用氢元素钝化Si表面后的接触体系，费米能级和过渡金属硫化物的导带底的能量差降低，从而可以通过氢元素钝化Si表面降低体系的肖特基势垒；其次用氟元素钝化Si表面，可以由原来的n型肖特基接触变成p型肖特基接触。该方法选用传统材料硅和过渡金属硫化物进行表面接触，并通过传统的钝化元素氢或氟对Si表面进行钝化处理，可以降低Si‑MoS₂体系的肖特基势垒，这对未来未来微电子器件把二维材料集成到传统硅材料中有重大指导意义。

技术领域

本发明涉及一种硅和过渡金属硫化物肖特基势垒的界面处理方法，属于电子器件技术领域。

背景技术

随着传统硅沟道金属氧化物半导体器件接近其微缩极限，在后硅时代需要替代材料。过去十年中，碳纳米管，石墨烯，过渡金属硫化物等低维材料具有良好的电子特性，在各种二维材料中，具有固定带隙(1-2eV)以及原子级厚度薄的过渡金属硫化物半导体被认为是最有希望可替代硅沟道的候选材料。并且基于单层过渡金属硫化物的场效应晶体管已经制造并且进行了深入研究。

金属和半导体材料接触的时候，在界面处的半导体能带弯曲，形成肖特基势垒。然而，由于过渡金属硫化物的固定带隙以及缺乏合适的掺杂方法，金属电极和过渡金属硫化物之间形成高接触电阻以及高肖特基势垒，会显著降低过渡金属硫化物晶体管的性能。所以，形成良好的n型和p型沟道接触和降低接触电阻仍然是过渡金属硫化物接触异质集成的一大挑战。

为了解决过渡金属硫化物接触异质集成这个问题，目前主要研究用不同类型的金属和过渡金属硫化物接触，多数金属和过渡金属硫化物接触本征是n型接触，虽然理论上功函数比较低的金属和过渡金属硫化物接触会降低肖特基势垒，但由于金属和过渡金属硫化物接触的界面有很多界面态，容易造成费米钉扎，用不同功函数的金属和过渡金属硫化物接触，大都无法形成良好的n型接触，并且金属-过渡金属硫化物体系肖特基势垒比较高，接触电阻还是比较大，而且目前还没有研究报道金属与过渡金属硫化物会形成良好的p型肖特基势垒。

发明内容

本发明针对现有金属和过渡金属硫化物接触肖特基势垒偏高，界面态引起的费米钉扎问题，基于实际半导体器件加工工艺可实现的基础之上，提供了一种降低硅和过渡金属硫化物接触界面肖特基势垒的方法。

本发明降低硅和过渡金属硫化物半导体肖特基势垒的界面处理方法，基于实际半导体器件可实现的加工工艺，采用以下技术方案：

Si的表面用氢元素或者氟元素进行钝化处理(使表面未饱和的Si键成键)，然后与过渡金属硫化物的两端进行表面接触，搭成NIN型肖特基场效应管或PIP型肖特基场效应管。

所述硅为Si(001),Si(110),Si(111)晶面。

所述过渡金属硫化物是MoS₂、MoSe₂、MoTe₂、WS₂、WSe₂或WTe₂。

所述Si的表面用氢元素或者氟元素进行钝化处理，是对Si的上下表面都进行钝化处理或者只对靠近界面的Si表面进行钝化处理。

所述Si钝化处理后进行重掺杂，掺杂浓度至少达到1×10²²e/cm³。这样可以进一步降低Si和过渡金属硫化物表面接触体系的肖特基势垒。尤其对应氟元素钝化的表面接触体系，重掺杂Si之后,体系的肖特基势垒可以降到零。

所述Si经氢元素钝化后，对Si进行电子掺杂。

所述Si经氟元素钝化后，对Si进行空穴掺杂。