本發(fā)明涉及一種基于二維碲化鎵(gate)材料器件的退火方法，特別涉及一種基于二維碲化鎵材料場(chǎng)效應(yīng)管的真空退火方法。

背景技術(shù)：

文獻(xiàn)1“l(fā)iuf,shimotanih,shangh,etal.high-sensitivityphotodetectorsbasedonmultilayergateflakes[j].acsnano,2014,8(1):752-760.”公開了一種基于微機(jī)械剝離法制備的二維gate材料構(gòu)筑場(chǎng)效應(yīng)管的方法，該方法基于塊體gate材料，采用思高膠帶制備二維gate材料，將其轉(zhuǎn)移至sio2/si襯底表面后，再采用光刻和熱蒸鍍方法進(jìn)行電極制備。該文獻(xiàn)中報(bào)道的空氣中器件遷移率為0.2cm²v^-1s^-1。

該文獻(xiàn)雖然成功制備了基于二維gate材料的場(chǎng)效應(yīng)管，但其器件遷移率較低，尚不能滿足高遷移率二維gate場(chǎng)效應(yīng)管的制備要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有方法制備的基于二維gate材料場(chǎng)效應(yīng)管的遷移率低的不足，本發(fā)明提供一種基于二維碲化鎵材料場(chǎng)效應(yīng)管的真空退火方法。該方法在現(xiàn)有二維gate場(chǎng)效應(yīng)管構(gòu)筑工藝的基礎(chǔ)上，在器件構(gòu)筑結(jié)束后，補(bǔ)充引入高真空退火過程(10^-5pa，150℃-200℃)，去除溝道材料表面以及溝道材料與金屬電極之間吸附的氣體分子，降低表面吸附分子的散射作用，促進(jìn)溝道材料與電極之間的有效接觸，可以提高器件的遷移率。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案：一種基于二維碲化鎵材料場(chǎng)效應(yīng)管的真空退火方法，其特點(diǎn)是包括以下步驟：

步驟一、采用傳統(tǒng)的光刻-金屬化-剝離工藝，在潔凈的10mm×10mm300nmsio2/si襯底表面制備場(chǎng)效應(yīng)管的柵極、源極及漏極，其中柵極、源極及漏極的材料為5nmti/30nmau，溝道寬度為2μm-10μm。

步驟二、選取表面光滑無褶皺的gate材料，并沿自然解理面將gate材料分離為多塊。

步驟三、使用思高膠帶從gate塊體材料表面撕離一塊厚度為6-8μm的gate薄片。

步驟四、將帶有g(shù)ate薄片的思高膠帶多次粘合分離，直至膠帶表面不再光亮，成功附著密集的數(shù)百納米厚度的gate片層。為了保護(hù)gate材料平整的表面，剝離時(shí)應(yīng)使gate表面與思高膠帶表面充分接觸。思高膠帶分離時(shí)，需要單方向緩慢進(jìn)行。

步驟五、將帶有g(shù)ate片層的思高膠帶貼合在厚度為0.5±0.03mm的pdms薄膜表面，并用棉簽均勻按壓思高膠帶表面使思高膠帶與pdms充分貼合。再迅速將思高膠帶與pdms分離。

步驟六、使用金相顯微鏡觀察pdms表面，選取厚度均勻的二維gate材料進(jìn)行拍照，并記下二維gate材料在pdms表面的位置。

步驟七、將標(biāo)記的二維gate材料通過對(duì)準(zhǔn)-轉(zhuǎn)移平臺(tái)搭接到300nmsio2/si表面的源極與漏極之間。

步驟八、將構(gòu)筑完畢的二維gate場(chǎng)效應(yīng)管放到內(nèi)徑為15±1mm的石英坩堝中，并使用真空泵機(jī)組將石英坩堝內(nèi)抽真空至10^-5pa量級(jí)，并用氫氧焰將石英坩堝口烤實(shí)密封。

步驟九、將密封后的石英坩堝置于150℃-200℃恒溫退火爐中保溫100-140分鐘，然后在空氣中進(jìn)行冷卻，完成退火過程。

本發(fā)明的有益效果是：該方法在現(xiàn)有二維gate場(chǎng)效應(yīng)管構(gòu)筑工藝的基礎(chǔ)上，引入高真空退火過程(10^-5pa，150℃-200℃)。由于在高真空環(huán)境下氣體分子濃度極低，促使吸附在溝道材料表面以及溝道材料與金屬電極界面處的氧氣分子、水分子向環(huán)境中擴(kuò)散，有效阻止了化學(xué)吸附導(dǎo)致的溝道材料本征物性的退化以及表面吸附分子對(duì)載流子的散射，能夠有效地提高二維gate場(chǎng)效應(yīng)管的遷移率，而保溫階段加速了這一過程的進(jìn)行；另一方面退火環(huán)境溫度較高，促進(jìn)了金屬電極中的金屬原子與二維gate材料之間的互擴(kuò)散，使金屬電極與二維gate材料邊緣形成更有效的接觸，能夠顯著降低材料與金屬電極之間的接觸勢(shì)壘。經(jīng)測(cè)試，本發(fā)明制備的基于二維gate材料場(chǎng)效應(yīng)管的遷移率由背景技術(shù)的0.2cm²v^-1s^-1提高至3.4-4.5cm²v^-1s^-1，成功率為60％-90％。

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說明。

附圖說明

圖1是本發(fā)明方法實(shí)施例2中二維gate場(chǎng)效應(yīng)管退火工藝的控溫折線圖。

圖2是本發(fā)明方法實(shí)施例2中二維gate場(chǎng)效應(yīng)管的輸出特性和轉(zhuǎn)移特性曲線圖。

具體實(shí)施方式

以下實(shí)施例參照?qǐng)D1-2。

實(shí)施例1：

第一步、采用傳統(tǒng)的光刻-金屬化-剝離工藝，在潔凈的10mm×10mm300nmsio2/si襯底表面制備場(chǎng)效應(yīng)管的柵極、源極、漏極，其中電極材料為5nmti/30nmau，溝道寬度為2μm，電極數(shù)量為10個(gè)。

第二步、選取大塊表面光滑無褶皺的高質(zhì)量gate體材料，并沿自然解理面將其分離為多塊。

第三步、使用思高膠帶從表層光亮、損傷較小的gate塊體材料表面撕離一塊厚度約為6μm的gate薄片。

第四步、將帶有g(shù)ate薄片的思高膠帶多次粘合分離，直至膠帶表面不再光亮，成功附著較為密集的數(shù)百納米厚度的gate片層。為了保護(hù)gate體材料平整的表面，剝離時(shí)應(yīng)使gate表面與膠帶表面充分接觸。在膠帶分離過程中，要單方向緩慢進(jìn)行。

第五步、將帶有g(shù)ate片層的膠帶貼合在厚度為0.5±0.03mm的pdms薄膜表面，并用棉簽輕輕均勻按壓思高膠帶表面使思高膠帶與pdms充分貼合。再迅速將思高膠帶與pdms分離。

第六步、使用金相顯微鏡觀察pdms表面，選取厚度較薄且均勻的二維gate材料進(jìn)行拍照，并記下其在pdms表面的大致位置。

第七步、將標(biāo)記的二維gate材料通過對(duì)準(zhǔn)-轉(zhuǎn)移平臺(tái)輕輕地搭接到300nmsio2/si表面的源、漏金屬電極之間。

第八步、重復(fù)第五步到第七步的操作，直至完成其余九個(gè)二維gate場(chǎng)效應(yīng)管的構(gòu)筑。

第九步、將構(gòu)筑完畢的二維gate場(chǎng)效應(yīng)管迅速放到內(nèi)徑為15±1mm的石英坩堝中，并使用真空泵機(jī)組將坩堝內(nèi)壓強(qiáng)抽至5×10^-5pa，并用氫氧焰將坩堝口烤實(shí)密封。

第十步、將密封后的坩堝置于150℃恒溫退火爐中保溫100分鐘，然后在空氣中進(jìn)行冷卻，完成退火過程。

本實(shí)施例構(gòu)筑的二維gate場(chǎng)效應(yīng)管的測(cè)試結(jié)果表明，6個(gè)能夠正常工作，器件遷移率最高為3.9cm²v^-1s^-1，成功率為60％。

實(shí)施例2：

第一步、采用傳統(tǒng)的光刻-金屬化-剝離工藝，在潔凈的10mm×10mm300nmsio2/si襯底表面制備場(chǎng)效應(yīng)管的柵極、源極、漏極，其中電極材料為5nmti/30nmau，溝道寬度為5μm，電極數(shù)量為10個(gè)。

第二步、選取大塊表面光滑無褶皺的高質(zhì)量gate體材料，并沿自然解理面將其分離為多塊。

第三步、使用思高膠帶從表層光亮、損傷較小的gate塊體材料表面撕離一塊厚度約為8μm的gate薄片。

第四步、將帶有g(shù)ate薄片的思高膠帶多次粘合分離，直至膠帶表面不再光亮，成功附著較為密集的數(shù)百納米厚度的gate片層。為了保護(hù)gate體材料平整的表面，剝離時(shí)應(yīng)使gate表面與膠帶表面充分接觸。在膠帶分離過程中，要單方向緩慢進(jìn)行。

第五步、將帶有g(shù)ate片層的膠帶貼合在厚度為0.5±0.03mm的pdms薄膜表面，并用棉簽輕輕均勻按壓思高膠帶表面使思高膠帶與pdms充分貼合。再迅速將思高膠帶與pdms分離。

第六步、使用金相顯微鏡觀察pdms表面，選取厚度較薄且均勻的二維gate材料進(jìn)行拍照，并記下其在pdms表面的大致位置。

第七步、將標(biāo)記的二維gate材料通過對(duì)準(zhǔn)-轉(zhuǎn)移平臺(tái)輕輕地搭接到300nmsio2/si表面的源、漏金屬電極之間。

第八步、重復(fù)第五步到第七步的操作，直至完成其余九個(gè)二維gate場(chǎng)效應(yīng)管的構(gòu)筑。

第九步、將構(gòu)筑完畢的二維gate場(chǎng)效應(yīng)管迅速放到內(nèi)徑為15±1mm的石英坩堝中，并使用真空泵機(jī)組將坩堝內(nèi)壓強(qiáng)抽至5×10^-5pa，并用氫氧焰將坩堝口烤實(shí)密封。

第十步、將密封后的坩堝置于200℃恒溫退火爐中保溫120分鐘，然后在空氣中進(jìn)行冷卻，完成退火過程。

本實(shí)施例構(gòu)筑的二維gate場(chǎng)效應(yīng)管的測(cè)試結(jié)果表明，9個(gè)能夠正常工作，器件遷移率最高為4.5cm²v^-1s^-1，成功率為90％。

由圖1可以看到，保溫時(shí)間為2小時(shí)。

由圖2可以看到，退火后柵極電壓對(duì)源漏電流具有很強(qiáng)的調(diào)節(jié)能力。

實(shí)施例3：

第一步、采用傳統(tǒng)的光刻-金屬化-剝離工藝，在潔凈的10mm×10mm300nmsio2/si襯底表面制備場(chǎng)效應(yīng)管的柵極、源極、漏極，其中電極材料為5nmti/30nmau，溝道寬度為10μm，電極數(shù)量為10個(gè)。

第二步、選取大塊表面光滑無褶皺的高質(zhì)量gate體材料，并沿自然解理面將其分離為多塊。

第三步、使用思高膠帶從表層光亮、損傷較小的gate塊體材料表面撕離一塊厚度約為7μm的gate薄片。

第四步、將帶有g(shù)ate薄片的思高膠帶多次粘合分離，直至膠帶表面不再光亮，成功附著較為密集的數(shù)百納米厚度的gate片層。為了保護(hù)gate體材料平整的表面，剝離時(shí)應(yīng)使gate表面與膠帶表面充分接觸。在膠帶分離過程中，要單方向緩慢進(jìn)行。

第五步、將帶有g(shù)ate片層的膠帶貼合在厚度為0.5±0.03mm的pdms薄膜表面，并用棉簽輕輕均勻按壓思高膠帶表面使思高膠帶與pdms充分貼合。再迅速將思高膠帶與pdms分離。

第六步、使用金相顯微鏡觀察pdms表面，選取厚度較薄且均勻的二維gate材料進(jìn)行拍照，并記下其在pdms表面的大致位置。

第七步、將標(biāo)記的二維gate材料通過對(duì)準(zhǔn)-轉(zhuǎn)移平臺(tái)輕輕地搭接到300nmsio2/si表面的源、漏金屬電極之間。

第八步、重復(fù)第五步到第七步的操作，直至完成其余九個(gè)gate場(chǎng)效應(yīng)管的構(gòu)筑。

第九步、將構(gòu)筑完畢的二維gate場(chǎng)效應(yīng)管迅速放到內(nèi)徑為15±1mm的石英坩堝中，并使用真空泵機(jī)組將坩堝內(nèi)壓強(qiáng)抽至3×10^-5pa，并用氫氧焰將坩堝口烤實(shí)密封。

第十步、將密封后的坩堝置于180℃恒溫退火爐中保溫140分鐘，然后在空氣中進(jìn)行冷卻，完成退火過程。

本實(shí)施例構(gòu)筑的二維gate場(chǎng)效應(yīng)管的測(cè)試結(jié)果表明，8個(gè)能夠正常工作，器件遷移率最高為3.4cm²v^-1s^-1，成功率為80％。