带有空气隔墙的二维材料器件结构及其制备方法

1.本发明涉及带有空气隔墙的二维材料器件结构及其制备方法，属于晶体管电子器件制备技术领域。


背景技术：

2.最新的国际半导体路线图(itrs2.0)指出，以过渡金属硫化物等为代表的二维材料具有高迁移率、原子级厚度、可调带隙、与硅基工艺相兼容和可任意堆叠等特性，是未来高性能电路中最具潜力的沟道材料“候选者”。并且imec在2020年的国际电子器件大会(iedm)指出，二维材料是2纳米节点以下晶体管沟道材料的唯一选择。经过过去十余年的发展，基于二维材料的研究在材料合成、关键器件技术方面取得重要进展。然而，迄今为止报告的基于二维材料的逻辑器件及集成电路(ic)通常具有小于mhz的工作频率，这远低于si基器件。究其原因，虽然基于二维材料的单个晶体管在欧姆接触、介质集成和沟道掺杂等方面表现突出，但由于缺乏稳定和低可变性的制造工艺以及最小化寄生效应的器件优化结构，高频器件和集成电路的实现仍然面临巨大的挑战。
3.传统基于二维材料的半导体器件通过减小栅极与源漏电极的重合面积，减小寄生电容，由此产生两种器件结构。一种是利用栅极或者源漏电极的高度差制作而成的自对准结构，其缺点是无法避免源漏电极与栅极侧面重合部分的寄生电容，故栅极或源漏电极不能太厚，导致产生更大的电极电阻。另外一种是栅极和源漏电极之间具有空气隔墙的结构，其缺点是空气隔墙部分无栅极调控二维材料沟道材料，从而显著增加器件的寄生电阻，限制了器件的开关速度。因此需要开发一种基于二维材料的新型器件结构，在降低寄生电容的同时，保证栅极对沟道的充分调控，不会增加器件的电阻。


技术实现要素：

4.发明目的：本发明的第一目的是提供具有低寄生电容，低寄生电阻，带有空气隔墙的二维材料器件结构；本发明的第二目的是提供该二维材料器件结构的制备方法。
5.技术方案：本发明所述带有空气隔墙的二维材料器件结构，包括衬底，在衬底的上侧依次设有栅极、绝缘介质层、二维材料薄膜和源漏电极，所述的二维材料器件结构内部含有气隙空间即空气隔墙。
6.其中，在栅极的上侧贴合覆盖绝缘介质层，二维材料薄膜覆盖在绝缘介质层上方，源漏电极覆盖在二维材料薄膜上方，二维材料薄膜与绝缘介质层的侧面形成夹角，使一部分二维材料薄膜悬空，二维材料薄膜与绝缘介质层之间的气隙空间即为空气隔墙。
7.其中，在栅极的上侧覆盖绝缘介质层，二维材料薄膜覆盖在绝缘介质层上方，源漏电极覆盖在二维材料薄膜上方，绝缘介质层与栅极的侧面形成夹角，使一部分绝缘介质层悬空，绝缘介质层与栅极之间的气隙空间即为空气隔墙。
8.其中，衬底为硬质绝缘衬底或耐高温绝缘柔性衬底。
9.其中，所述硬质绝缘衬底的材料包括氧化硅、石英、玻璃、氧化铝、氧化铪、氧化锆、
氮化硅、蓝宝石、氟化钙或云母片。
10.其中，耐高温绝缘柔性衬底的材料包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)、双苯并环丁烯(bcb)、全氟(1-丁烯基乙烯基醚)聚合物(cytop)、旋涂玻璃(sog)、聚对二甲苯(parylane)或聚萘二甲酸乙二醇酯(pen)或聚酰亚胺(pi)。
11.其中，绝缘介质层的材料包括六方氮化硼(bn)、氧化硅、氧化铪、氧化铝、氧化锆、铪锆氧、铝钪氮、云母、氟化钙、钛酸锶、钛酸钡、氧化钇、氧化钛、氮化硅、cuinp2s6或氧化钽。
12.其中，二维材料薄膜的材料包括过渡金属硫化物、过渡金属氧化物、过渡金属硒化物、氧化物半导体、石墨烯、二维钙钛矿薄膜、拓扑绝缘体、狄拉克半金属中的任意一种。
13.其中，源漏电极的材料包括金属、半金属、导电氧化物、导电氮化物或导电碳化物中的一种或几种的叠加。
14.其中，栅极的厚度为≥10nm。
15.其中，绝缘介质层和二维材料薄膜的厚度均小于栅极的厚度。
16.其中，栅极的材料包括金属、半金属、导电氧化物、导电氮化物或导电碳化物中的一种或几种的叠加。
17.其中，栅极的形状包括圆形、ω型、矩形、梯形或倒梯形。
18.其中，空气隔墙中的气体与外界气体氛围相同。
19.本发明所述一种带有空气隔墙的二维材料器件结构的制备方法，包括以下步骤：
20.(1)提供一种衬底，在衬底上生长或沉积栅极；
21.(2)绝缘介质层生长或沉积到栅极上，绝缘介质层与栅极完全贴合，二维材料薄膜被转移到绝缘衬底上，二维材料薄膜与绝缘介质层以及被介质层包裹的栅极的侧壁形成空气隔墙；或者绝缘介质层被转移到栅极上，绝缘介质层与栅极之间形成空气隔墙，二维材料薄膜被转移、生长或沉积在绝缘介质层上；
22.(3)经过电子束曝光或光刻，导电材料被沉积在二维材料薄膜上，形成源漏电极。
23.其中，步骤(1)中，在衬底上生长或沉积栅极的方法包括原子层沉积法(ald)，电子束蒸镀法(ebe)，热蒸发法，分子束沉积法(mbe)或等离子体增强化学的气相沉积法(pecvd)。
24.其中，步骤(2)中，绝缘介质层生长或沉积在栅极上的方法包括原子层沉积法(ald)、电子束蒸发法(ebe)、化学气相沉积法(cvd)、等离子体增强化学气相沉积法(pecvd)、分子束外延沉积法(mbe)、磁控溅射法(sputter)、热蒸发或激光脉冲沉积法(pld)。
25.其中，步骤(2)中，绝缘介质层被转移到栅极上方法包括pdms辅助转移法、水溶液辅助转移法、碱溶液辅助转移法或酸溶液辅助转移法，
26.其中，步骤(2)中，二维材料薄膜被转移到硬质绝缘介质层上的方法包括pdms辅助转移法、水溶液辅助转移法或碱辅助转移法。
27.其中，步骤(2)中，二维材料薄膜生长或沉积在柔性绝缘介质层上的方法包括原子层沉积法(ald)、电子束蒸镀法(ebe)、热蒸发法、分子束沉积法(mbe)、等离子体增强化学的气相沉积法(pecvd)、金属有机化合物化学气相沉淀法(mocvd)或化学气相沉淀法(cvd)。
28.其中，步骤(3)中，将导电材料沉积在二维材料薄膜上作为源漏电极，其方法包括原子层沉积法(ald)、电子束蒸镀法(ebe)、热蒸发法、分子束沉积法(mbe)或等离子体增强
化学的气相沉积法(pecvd)。
29.其中，步骤(3)中，源漏电极的一部分与栅极、绝缘介质层以及二维材料薄膜同时重叠。
30.其中，源漏电极与栅极、绝缘介质层以及二维材料薄膜同时重叠是两侧各重叠≥10nm。
31.有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下显著的有点：
32.(1)本发明提出的二维材料器件结构保留了源漏电极与栅极重叠区域，可以获得高开态电流、低接触电阻和强栅控能力。同时本发明所述二维材料器件结构在栅极与绝缘介质层或绝缘介质层与二维材料薄膜之间存在空气隔墙，降低了寄生电容。因此本发明二维材料器件结构可以提高器件的工作频率，更进一步地，提高基于二维材料的集成电路工作频率。解决了现有带有空气隔墙的顶栅晶体管结构有一部分沟道无法被栅极调控的问题。
33.(2)本发明的二维材料器件结构具有广泛的应用场景，与大多数二维材料器件工艺兼容。其制备过程没有使用额外的处理方法或退火步骤，也没有增加额外的图形化过程，对于柔性二维材料薄膜，可以直接通过转移薄膜材料实现。对于需要直接生长的二维材料薄膜，也可以通过转移柔性绝缘介质层实现。
附图说明
34.图1为本发明的带有空气隔墙的二维材料器件结构图；
35.图2为本发明的带有空气隔墙的二维材料器件结构制备流程图；
36.图3为本发明在衬底上沉积或生长的栅极图；
37.图4为在衬底上生长或沉积绝缘介质层，并将二维材料薄膜沿栅极垂直方向贴在衬底上的过程示意图；
38.图5为将绝缘介质层沿垂直于栅极方向转移并贴在衬底上，生长或沉积二维材料薄膜到绝缘介质层上的过程示意图；
39.图6为基于mos2的二维材料器件的tem图；
40.图7为基于mos2的二维材料器件的电学测试转移特性曲线图。
具体实施方式
41.下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的说明。
42.实施例1
43.本发明提供带有空气隔墙的二维材料器件结构，其结构如图1所示。图1为本发明的带有空气隔墙的二维材料器件结构图，其包括两种二维材料器件结构，a为第一种二维材料器件结构，b为第二种二维材料器件结构。
44.其中，第一种二维材料器件结构(a)是二维材料薄膜3与栅极5和衬底1之间形成空气隔墙6，包括衬底1，在衬底1上依次设有栅极5、绝缘介质层2、二维材料薄膜3和源漏电极4，绝缘介质层2与栅极5完全贴合，并延伸到衬底1。二维材料薄膜3覆盖在绝缘介质层2上方，使二维材料薄膜3与绝缘介质层2之间形成夹角，一部分二维材料薄膜3悬空，二维材料薄膜3与绝缘介质层2之间形成气隙空间即空气隔墙6。源漏电极4覆盖在二维薄膜3上方。
45.其中，第二种二维材料器件结构(b)是利用绝缘介质层2与栅极5和衬底1之间形成空气隔墙6，包括衬底1，在衬底1上依次设有栅极5、绝缘介质层2、二维材料薄膜3和源漏电极4，绝缘介质层2覆盖在栅极5和衬底1上，使绝缘介质层2与栅极5侧面形成夹角，一部分绝缘介质层2悬空，绝缘介质层2与与栅极5和衬底1之间形成气隙空间即空气隔墙6。二维材料薄膜3覆盖或沉积在绝缘介质层2上，二维材料薄膜(3)与绝缘介质层2完全贴合，源漏电极4覆盖在二维材料薄膜3上方。
46.实施例2
47.图2为本发明的带有空气隔墙的二维材料器件结构制备流程图，图2展示出了本发明提出的带有空气隔墙的基于二维材料薄膜构成的器件结构的制备方法流程示意图，其中包括两种结构的制备方法，其中，a是本发明实施例1中第一种二维材料器件结构的制备流程图，b是本发明实施例1中第二种二维材料器件结构的制备流程图。
48.本发明带有空气隔墙的二维材料器件结构的制备过程包括以下步骤：
49.(1)提供一种衬底1，在衬底1上生长或沉积栅极5；
50.(2)绝缘介质层2生长或沉积到栅极5上，绝缘介质层2与栅极5完全贴合，二维材料薄膜3被转移到绝缘衬底2上，二维材料薄膜3与绝缘介质层2以及被介质层2包裹的栅极5的侧壁形成空气隔墙6；或者绝缘介质层2被转移到栅极5上，绝缘介质层2与栅极5之间形成空气隔墙6，二维材料薄膜3被转移、生长或沉积在绝缘介质层2上。
51.(3)经过电子束曝光或光刻，导电材料被沉积在二维材料薄膜3上，形成源漏电极4。
52.其中，步骤(1)在衬底1上生长或沉积栅极5过程参见图3，图3为本发明在衬底上沉积或生长的栅极图；上述衬底1可以为硬质绝缘衬底或耐高温绝缘柔性衬底，其中所述硬质绝缘衬底的材料包括氧化硅、石英、玻璃、氧化铝、氧化铪、氧化锆、氮化硅、蓝宝石、氟化钙或云母片，所述耐高温绝缘柔性衬底的材料包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)、双苯并环丁烯(bcb)、全或、聚萘二甲酸乙二醇酯(pen)或聚酰亚胺(pi)。在本实施例中选用氧化硅。上述栅极5的厚度大于10nm，本实施例中的厚度为40nm，栅极(5)的材料包括金属、半金属、导电氧化物、导电氮化物或导电碳化物。在本实施例中选用金属金和金属钛。定义栅极(5)图案的方法包括电子束曝光、光刻或激光直写，本实施例中选用电子束曝光。生长或沉积栅极(5)的方法包括原子层沉积(ald)，电子束蒸镀(ebe)，热蒸发，分子束沉积(mbe)，或等离子体增强化学的气相沉积法(pecvd)，本实施例选用电子束蒸镀法(ebe)。
53.第一种二维材料器件结构a与第二种二维材料器件结构b的制备方法不同之处在于步骤(2)。
54.第一种二维材料器件结构a的制备方法步骤(2)中绝缘介质层2生长或沉积到栅极5上，绝缘介质层2与栅极5完全贴合，二维材料薄膜3被转移到绝缘衬底2上，二维材料薄膜3与绝缘介质层2以及被介质层2包裹的栅极5的侧壁形成空气隔墙6，具体参见图4。
55.图4为在衬底上生长或沉积绝缘介质层，并将二维材料薄膜3沿栅极5垂直方向贴在衬底1上的过程示意图。参考图4，首先按照步骤(1)，在提供的衬底1上生长或沉积栅极5，栅极5的厚度为ti 3nm和au 40nm。在栅极5生长或沉积绝缘介质层2，其方法包括原子层沉积(ald)法、电子束蒸镀法(ebe)、热蒸发法、分子束沉积法(mbe)或等离子体增强化学的气相沉积法(pecvd)。本实施例选用原子层沉积法(ald)。绝缘介质层2的材料包括六方氮化硼
(bn)、氧化硅、氧化铪、氧化铝、氧化锆、铪锆氧、铝钪氮、云母、氟化钙、钛酸锶、钛酸钡、氧化钇、氧化钛、氮化硅、cuinp2s6或氧化钽。本实施例选用氧化铪(hfo2)。绝缘介质层2的生长厚度小于栅极5的厚度，本实施例绝缘介质层2的生长厚度为7nm。按照步骤(2)，连续的二维材料薄膜3被从生长衬底上或块状材料上转移下来，对准已经包裹绝缘介质层2的栅极5的目标衬底1进行覆盖。上述连续二维材料薄膜3的材料包括过渡金属硫化物、过渡金属氧化物、过渡金属硒化物、氧化物半导体、石墨烯、二维钙钛矿薄膜、拓扑绝缘体、狄拉克半金属中的任意一种。需要注意的是连续的二维材料薄膜3的厚度需要小于栅极5的厚度。本实施例选用cvd生长在蓝宝石衬底上的连续单层过渡金属二硫化钼(mos2)薄膜，其厚度为0.7nm。
56.转移方法由二维材料薄膜3决定，在本实施例中，将电子束胶旋涂在mos2薄膜上作为隔离层，进一步的，在电子束胶上方贴上90℃热释放胶带作为支撑层，进一步的，将mos2薄膜浸没在naoh溶液中，一段时间后，mos2薄膜下的蓝宝石衬底被刻蚀，从而可以将粘附在热释放胶带上的mos2薄膜从naoh溶液中提起来。将以热释放胶带为支撑层的mos2薄膜对准已经准备好的衬底1，沿垂直于栅极5宽度的方向覆盖在衬底1上。将mos2薄膜覆盖在生长过7nmhfo2层的衬底1上，对衬底1加热，升温至90℃释放热释放胶带。由于mos2薄膜的柔性以及与衬底之间强的范德华力，mos2薄膜全部没有紧贴覆盖7nmhfo2的金属栅极5，而是在顶部贴合覆盖7nmhfo2的金属栅极5后以一定角度悬空在栅极5侧面，并直接连接到衬底1上，在mos2薄膜，栅极5侧壁与衬底1之间形成空气隔墙6。进一步的，利用隔离层的电子束胶对mos2薄膜进行图形化，并使用反应性离子刻蚀(rie)刻蚀掉不需要的mos2薄膜。完成后，将上述结构放入90℃丙酮溶液中浸泡去除剩余的电子束胶。
57.第二种二维材料器件结构b的制备方法步骤(2)中绝缘介质层2被转移到栅极5上，绝缘介质层2与栅极5之间形成空气隔墙6，二维材料薄膜3被转移、生长或沉积在绝缘介质层2上，具体参见图5。
58.图5为将绝缘介质层沿垂直于栅极方向转移并贴在衬底上，释放支撑层，生长或沉积二维材料薄膜到绝缘介质层上的过程示意图。参考图5，首先按照第一种二维材料器件结构的制备步骤(1)，在提供的衬底1上生长或沉积栅极5，栅极5的厚度为ti 3nm和au 40nm。按照步骤(2)，将连续的绝缘介质层(2)被从生长衬底上或块状材料上转移下来，对准覆盖栅极5的目标衬底1进行覆盖。需要注意的是绝缘介质层2的厚度需要小于栅极5的厚度，本实施例中，绝缘介质层2选用六方氮化硼(h-bn)，厚度在0.34nm-5nm之间，由六方氮化硼的层数决定。使用机械剥离法在sio2衬底上制备六方氮化硼薄膜，用pdms将合适厚度的六方氮化硼薄膜粘起来，将带有六方氮化硼薄膜的pdms对准衬底1，沿垂直于栅极5宽度的方向覆盖在衬底1上。由于h-bn的柔性以及与衬底之间强的范德华力，h-bn没有全部紧贴金属栅极5，而是在顶部贴合覆盖金属栅极5后以一定角度悬空在栅极5侧面，并直接连接到衬底1上，在h-bn薄膜，栅极5侧壁与衬底1之间形成空气隔墙6。在已经转移绝缘介质层2的衬底上进一步转移，沉积或生长二维材料薄膜3。沉积或生长二维材料薄膜3的方法包括原子层沉积法(ald)、电子束蒸镀法(ebe)、热蒸发法、分子束沉积法(mbe)，等离子体增强化学的气相沉积(pecvd)或化学气相沉淀法cvd，转移二维材料薄膜3的方法与第一种二维材料器件结构实施方式相同。上述连续二维材料薄膜3的材料包括过渡金属硫化物、过渡金属氧化物、过渡金属硒化物、氧化物半导体、石墨烯、二维钙钛矿薄膜、拓扑绝缘体、狄拉克半金属中的任意一种。需要注意的是连续的二维材料薄膜3的厚度需要小于栅极5的厚度。本实施例选
用在化学气相沉淀法cvd生长的连续单层mos2薄膜，其厚度为0.7nm。
59.步骤(3)，在上述两种结构上分别进行光刻，电子束曝光或激光直写，定义源漏电极图案，进一步沉积或生长导电金属作为源漏电极4。需要注意的是源漏电极4图案应该有一部分覆盖在栅极5上方，与栅极5，绝缘介质层2以及二维材料薄膜3有一段重叠区域，这是为了保证高效的源漏电极向二维材料薄膜3的载流子注入。源漏电极4的材料包括金属、半金属、导电氧化物、导电氮化物或导电碳化物。源漏电极4的沉积或生长方法包括原子层沉积法(ald)、电子束蒸镀法(ebe)、热蒸发法、分子束沉积法(mbe)或等离子体增强化学的气相沉积法(pecvd)。本实施例中选用电子束曝光100nm沟道长度的源漏电极4结构，与金属栅极5的重叠长度两侧各为20nm，源漏电极4的材料选择为电子束蒸镀法(ebe)的半金属sb和金属au，厚度为sb 20nm和au20nm。
60.将本实施例的第一种二维材料器件结构进行透射电镜分析，结果如图6所示。图6为基于mos2的二维材料器件结构的tem图。其中包括sio2衬底1，3nmti和40nmau构成的栅极5，7nmhfo2作为绝缘介质层2，单层mos2薄膜作为沟道材料，20nmsb和20nmau构成源漏电极4，以及在mos2和栅极与衬底之间形成的空气隔墙6。由图6可以看出，我们成功制备了发明中提到的基于二维材料薄膜构成的二维材料器件结构，该器件既具有空气隔墙结构6，降低了器件的寄生电容，同时栅极5，绝缘介质层2，二维材料薄膜3与源漏电极4的两端各有一部分完全重合，使栅极5对半导体器件有强的控制能力，提高接触区域的载流子注入效率，降低了器件的电阻。
61.对本实施例的第一种二维材料器件结构进行电学测试，其结果如图7所示。以3nmti和40nmau为底栅电极，7nm氧化铪为绝缘介质层2，cvd生长单层连续二硫化钼薄膜为沟道材料，20nmsb和20nm的au为源漏电极4，构成本发明所述二维材料器件结构。在源漏电极4的偏置电压vds＝0.05v时，栅压vgs从-1v扫描到6v，测得器件的转移特性曲线。从图7中可以看到，器件的开态电流可以达到43μa/μm，在0v栅压下具有小于100pa的关态电流，器件开态和关态的电流比达到106，这证明本发明提出的二维材料器件结构在具有空气隔墙，降低寄生电容的同时，对器件具有强的栅控能力保证器件的高性能。亚阈值摆幅达到153mv/dec，表明器件具有干净的界面，工艺过程不会引入污染。

技术特征：
1.带有空气隔墙的二维材料器件结构，包括衬底(1)，其特征在于，在衬底(1)的上侧依次设有栅极(5)、绝缘介质层(2)、二维材料薄膜(3)和源漏电极(4)，所述的二维材料器件结构内部含有气隙空间即空气隔墙(6)。2.根据权利要求1所述的带有空气隔墙的二维材料器件结构，其特征在于，在栅极(5)的上侧贴合覆盖绝缘介质层(2)，二维材料薄膜(3)覆盖在绝缘介质层(2)上方，源漏电极(4)覆盖在二维薄膜(3)上方，二维材料薄膜(3)与绝缘介质层(2)的侧面形成夹角，使一部分二维材料薄膜(3)悬空，二维材料薄膜(3)与绝缘介质层(2)之间的空隙即为空气隔墙(6)。3.根据权利要求1所述的带有空气隔墙的二维材料器件结构，其特征在于，在栅极(5)的上侧覆盖绝缘介质层(2)，二维材料薄膜(3)覆盖在绝缘介质层(2)上方，源漏电极(4)覆盖在二维薄膜(3)上方，绝缘介质层(2)与栅极(5)的侧面形成夹角，使一部分绝缘介质层(2)悬空，绝缘介质层(2)与栅极(5)之间的空隙即为空气隔墙(6)。4.根据权利要求1所述的带有空气隔墙的二维材料器件结构，其特征在于，衬底(1)为硬质绝缘衬底或耐高温绝缘柔性衬底，绝缘介质层(2)的材料包括六方氮化硼、氧化硅、氧化铪、氧化铝、氧化锆、铪锆氧、铝钪氮、云母、氟化钙、钛酸锶、钛酸钡、氧化钇、氧化钛、氮化硅、cuinp2s6或氧化钽。5.根据权利要求1的带有空气隔墙的二维材料器件结构，其特征在于，二维材料薄膜(3)的材料包括过渡金属硫化物、过渡金属氧化物、过渡金属硒化物、氧化物半导体、石墨烯、二维钙钛矿薄膜、拓扑绝缘体、狄拉克半金属中的任意一种，源漏电极(4)的材料包括金属、半金属、导电氧化物、导电氮化物或导电碳化物中的一种或几种的叠加。6.根据权利要求1的带有空气隔墙的二维材料器件结构，其特征在于，栅极(5)的厚度≥10nm，绝缘介质层(2)和二维材料薄膜(3)的厚度均小于栅极(5)的厚度，栅极(5)的材料包括金属、半金属、导电氧化物、导电氮化物或导电碳化物中的一种或几种的叠加，栅极(5)的形状包括圆形、ω型、矩形、梯形或倒梯形，空气隔墙(6)中的气体与外界气体氛围相同。7.根据权利要求1-6任一项所述带有空气隔墙的二维材料器件结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)提供一种衬底(1)，在衬底(1)上生长或沉积栅极(5)；(2)绝缘介质层(2)生长或沉积到栅极(5)上，绝缘介质层(2)与栅极(5)完全贴合，二维材料薄膜(3)被转移到绝缘衬底(2)上，二维材料薄膜(3)与绝缘介质层(2)以及被介质层(2)包裹的栅极(5)的侧壁形成空气隔墙(6)；或者绝缘介质层(2)被转移到栅极(5)上，绝缘介质层(2)与栅极(5)之间形成空气隔墙(6)，二维材料薄膜(3)被转移、生长或沉积在绝缘介质层(2)上；(3)经过电子束曝光或光刻，导电材料被沉积在二维材料薄膜(3)上，形成源漏电极(4)。8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，绝缘介质层(2)生长或沉积在栅极(5)上的方法包括原子层沉积法、电子束蒸发法、化学气相沉积法、等离子体增强化学气相沉积法、分子束外延沉积法、磁控溅射法、热蒸发或激光脉冲沉积法，绝缘介质层(2)被转移到栅极(5)上方法包括pdms辅助转移法、水溶液辅助转移法、碱溶液辅助转移法或酸溶液辅助转移法。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，二维材料薄膜(3)被转移到硬质绝缘介质层(2)上的方法包括pdms辅助转移法、水溶液辅助转移法或碱辅助转移法，二维材料薄膜(3)生长或沉积在柔性绝缘介质层(2)上的方法包括原子层沉积法、电子束蒸镀法、热蒸发法、分子束沉积法、等离子体增强化学的气相沉积法、金属有机化合物化学气相沉淀法或化学气相沉淀法。10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，在衬底(1)上生长或沉积栅极(5)的方法包括原子层沉积法，电子束蒸镀法，热蒸发法，分子束沉积法或等离子体增强化学的气相沉积法，将导电材料沉积在二维材料薄膜(3)上作为源漏电极，其方法包括原子层沉积法、电子束蒸镀法、热蒸发法、分子束沉积法或等离子体增强化学的气相沉积法，源漏电极(4)的一部分与栅极(5)、绝缘介质层(2)以及二维材料薄膜(3)同时重叠。

技术总结
本发明公开带有空气隔墙的二维材料器件结构及其制备方法，该二维材料器件结构的构成包括为衬底、栅极、绝缘介质层、二维材料薄膜和源漏电极，二维材料薄膜与绝缘介质层以及被介质层包裹的栅极的侧壁形成空气隔墙，或者绝缘介质层与栅极之间形成空气隔墙。本发明的制备方法不需要额外的光刻步骤，通过调整栅极金属的蒸镀厚度即可实现。上述结构的二维材料器件结构利用了二维材料的延展性和柔性，减小了栅极与源漏电极之间的耦合，从而减小寄生电容，降低电路延迟。同时结构保证有一部分源漏电极与二维材料接触区域可以被栅极调控，避免降低电学性能，可以保持低的器件电阻。该发明可以应用于高速高频电子器件领域。应用于高速高频电子器件领域。应用于高速高频电子器件领域。


技术研发人员：王欣然 范东旭 李卫胜 邱浩 施毅
受保护的技术使用者：南京大学
技术研发日：2023.02.22
技术公布日：2023/9/23