研究目的
研究并评估在双栅极MoS2晶体管金属沉积前对接触区域进行O2等离子体处理的益处，旨在提升高性能电子接触性能，重点改善接触界面质量、降低接触电阻并增强场效应迁移率。
研究成果
在金属沉积前进行O2等离子体处理，通过清除光刻胶残留并形成TiOx中间层，显著提升了双栅极MoS2晶体管的接触质量，使接触电阻降低约20倍、场效应迁移率提高约15倍。该结果表明消除制备过程中产生的污染物对实现器件最佳性能至关重要，并提示该方法可能适用于其他二维材料。
研究不足
该研究仅限于二硫化钼（MoS2），未经进一步探究可能无法直接适用于其他二维材料。氧气等离子体工艺会引入氧化钼（MoOx），这可能使结果解读复杂化，且其有效性可能随材料纯度和厚度而变化。二硫化钼中高杂质浓度会限制接触电阻的进一步降低。
1：实验设计与方法选择：
研究涉及在金属沉积前对接触区域进行有无O2等离子体处理的二栅MoS2晶体管制备。方法包括光刻、O2等离子体处理、金属沉积和电学表征以比较器件性能。
2：样品选择与数据来源：
多层合成MoS2薄片（4-8纳米厚度）剥离并转移至Al2O3/Si衬底。数据来自电学测量、原子力显微镜（AFM）和X射线光电子能谱（XPS）。
3：实验设备与材料清单：
设备包括原子力显微镜（AFM）、X射线光电子能谱（XPS）系统、原子层沉积（ALD）系统、电子束蒸发仪、Keithley 4200半导体表征系统、Cascade探针台。材料包括p++硅晶圆、Al2O3、MoS2薄片、AZ nLOF 2020光刻胶、AZ 300 MIF显影液、钛（Ti）、金（Au）、钯（Pd）、二氧化铪（HfO2）、O2等离子体源。
4：MoS2薄片、AZ nLOF 2020光刻胶、AZ 300 MIF显影液、钛（Ti）、金（Au）、钯（Pd）、二氧化铪（HfO2）、O2等离子体源。 实验步骤与操作流程：
4. 实验步骤与操作流程：步骤包括采用ALD Al2O3的衬底制备、MoS2薄片转移、源/漏接触的光刻、O2等离子体处理（50瓦功率、200毫托压强下5秒）、钛/金沉积、剥离工艺、电学背栅测量、超高真空退火、紫外臭氧处理、Al2O3/HfO2的ALD沉积、顶栅金属化以及双栅电学表征。
5：数据分析方法：
电学数据使用Keithley 4200系统分析，AFM图像用WSxM软件处理，XPS光谱通过AAnalyzer软件解卷积，接触电阻和迁移率采用Y函数法和常规公式提取。
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Atomic Force Microscope
Veeco Model 3100 Dimension V
Veeco
Used for topographical and phase imaging of MoS2 flakes after various processing steps to study surface morphology and residue.
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Semiconductor Characterization System
Keithley 4200
Keithley
Used for electrical characterization of transistors, including output and transfer characteristics.
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X-ray Photoelectron Spectroscopy System
Omicron EA125 Hemispherical Analyzer
Omicron
Used for surface chemistry analysis of MoS2, including core level spectra and valence band edge extraction.
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Atomic Layer Deposition System
Used for depositing Al2O3 and HfO2 dielectrics on substrates and MoS2 flakes.
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E-beam Evaporator
Used for depositing metal layers such as Ti, Au, Pd in high vacuum.
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Probe Station
Cascade Probe Station
Cascade
Used for probing and measuring electrical properties of fabricated devices.
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Photoresist
AZ nLOF 2020
MicroChemicals GmbH
Negative photoresist used in photolithography for defining source/drain contacts.
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Developer
AZ 300 MIF
Used for developing photoresist in the lithography process.
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O2 Plasma Source
Used for O2 plasma exposure to remove photoresist residue and functionalize MoS2 surface.
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