利用O₂等离子体暴露实现双栅MoS₂晶体管的接触工程

摘要： 研究了在金属沉积前对双栅极MoS2晶体管接触区域进行O2等离子体处理以获得高性能电子接触的效益，并进行了评估。对比有无等离子体处理的器件发现，通过形成低电子肖特基势垒（约0.1 eV）的高质量接触界面可显著提升性能。采用形貌与界面表征技术，从初始剥离表面经光刻工艺到钛沉积全过程研究了MoS2的接触形成机制。研究表明光刻胶显影后残留在MoS2表面的物质会导致导带附近出现费米能级钉扎现象。经O2等离子体处理及后续钛沉积后，钛会从MoOx中夺取氧并形成TiOx。电学测试表明光刻胶残留等污染物会显著影响器件电性能。未进行接触区O2等离子体处理的MoS2场效应管输出特性呈现非线性类肖特基接触行为，而经处理器件则表现出线性特征。O2等离子体可在无需高温退火条件下清除MoS2表面残留物。通过采用反应性金属钛作为接触电极刻意形成TiO2，实现了低导带偏移和优异的载流子注入。相比未经处理的器件，接触区经O2等离子体处理的双栅极MoS2晶体管具有线性输出特性、更低的接触电阻（降低约20倍）和更高的场效应迁移率（提升约15倍）。此外，结果表明在MoS2及其他二维材料接触形成过程中，器件制备工艺引入的效应不可忽视。