化学气相沉积法制备二硫化钼薄膜及电学性能表征

发布时间：2018-12-09 14:07

【摘要】：作为一类重要的二维平面半导体材料,二硫化钼(MoS2)薄膜以其独特的物理性能受到广泛关注和深入研究。因其拥有与石墨烯类似的微观结构、具备较为理想的载流子迁移率以及对段沟道效应近乎免疫等特点,MoS2在多种微电子器件上,如储氢器件、场效应晶体管(MOSFET)以及光电传感器等,都有着很大的应用前景。本文采用化学气相沉积法(CVD)制备了多种形貌的MoS2薄膜,并对薄膜形貌、结构以及电学特性进行了表征；在此基础上,制备了不同层数、带有背栅或顶栅结构的MOSFET,并对MOSFET的电学性能进行了表征；最后,本文还制备了MoS2基光敏传感器,并对器件性能进行了测试。具体研究内容如下：(1)对CVD法制备MoS2薄膜的工艺进行了探索。通过光学显微镜、原子力显微镜、拉曼散射图谱、XRD衍射图谱等手段对MoS2薄膜的微观形貌、结晶质量等进行了表征,研究了不同参数对MoS2薄膜制备的影响,确定了最优工艺条件。并通过对工艺流程进行改进的方法减少了MoS2中3R亚稳结构的出现,有效的提高了薄膜的结晶质量。(2)分别选取了CVD法制得的单层或多层MoS2薄膜为沟道材料,制备了具有背栅结构的场效应晶体管(MOSFET),并对MOSFET进行了电学性能测试。测试结果表明单层MoS2沟道载流子迁移率大小约为0.03±0.01 cm2V-1s-1,而3层MoS2沟道的载流子迁移率大小约为0.6 cmV-1s-1,大于单层MoS2沟道的电子迁移率。单层或多层MoS2沟道均为N型。制备了带有顶栅结构的MoS2场MOSFET,并对其电学性能进行了测试。测试结果表明,引入高K值介电层能有效提高载流子迁移率至4.3 cm2V-1s-1.(3)使用预置图形的方法在带有二氧化硅的硅衬底上制备了条形MoS2薄膜,并将其转移至透明衬底,制备了透明MoS2基光敏传感器,并对传感器的性能进行了测试。使用波长580 nm的黄色光源测试光敏传感器的光响应度。测试结果表明器件对黄色光源的光响应度大小约为1.92×10-AW-1。
[Abstract]:As an important two-dimensional planar semiconductor material, molybdenum disulfide (MoS2) thin films have been widely studied for their unique physical properties. Because of its similar microstructure to graphene, ideal carrier mobility and near immunity to segment channel effect, MoS2 is widely used in many microelectronic devices, such as hydrogen storage devices. Field effect transistor (MOSFET) and photoelectric sensor have great application prospects. In this paper, MoS2 thin films with various morphologies were prepared by chemical vapor deposition (CVD), and the morphology, structure and electrical properties of the films were characterized. On this basis, MOSFET, with different layers with back gate or top gate structure was prepared and the electrical properties of MOSFET were characterized. Finally, the MoS2 based Guang Min sensor was fabricated and the device performance was tested. The main contents are as follows: (1) the preparation process of MoS2 thin films by CVD was investigated. The microstructure and crystallization quality of MoS2 thin films were characterized by optical microscope, atomic force microscope, Raman scattering spectroscopy and XRD diffraction. The effects of different parameters on the preparation of MoS2 thin films were studied. The optimum technological conditions were determined. By improving the process flow, the appearance of 3R metastable structure in MoS2 is reduced, and the crystallization quality of the films is improved effectively. (2) the monolayer or multilayer MoS2 films prepared by CVD are selected as channel materials, respectively. The field effect transistor (MOSFET),) with back gate structure was fabricated and the electrical properties of MOSFET were tested. The results show that the carrier mobility of the single-layer MoS2 channel is about 0.03 卤0.01 cm2V-1s-1, and the carrier mobility of the three-layer MoS2 channel is about 0.6 cmV-1s-1, which is larger than that of the single-layer MoS2 channel. The monolayer or multilayer MoS2 channels are N-type. MoS2 field MOSFET, with top gate structure was prepared and its electrical properties were tested. The experimental results show that the high K value dielectric layer can effectively increase the carrier mobility to 4.3 cm2V-1s-1. (3) the strip MoS2 thin films are prepared on silicon substrates with silicon dioxide by preset graphics. The transparent MoS2-based Guang Min sensor was prepared by transferring it to transparent substrate, and the performance of the sensor was tested. The light responsivity of Guang Min sensor was measured by using a yellow light source with wavelength of 580 nm. The results show that the photoresponsivity of the device to the yellow light source is about 1.92 脳 10-AW-1.
【学位授予单位】：北京有色金属研究总院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN304.055

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本文编号：2369488