1.一种应变黑磷CMOS场效应晶体管的制备方法,其特征在于,其包括以下步骤:步骤1:选取无杂质且晶格结构完整的SiO2作为衬底;
步骤2:在所述步骤1的衬底上通过干氧氧化法外延一层SiO2,获得初始SiO2外延层,将所述衬底和初始SiO2外延层分为PMOS区域、电隔离层区域和NMOS区域;
步骤3:通过微影技术将NMOS掩膜版的图形转移到所述步骤2获得的初始SiO2外延层上,在所述NMOS区域采用干法刻蚀出第一凹槽,所述第一凹槽的深度T为:T=T1+T2
式中:T1为HfO2层的厚度;T2为NMOS源漏电极的厚度;
保留非NMOS区域的光刻胶,获得刻蚀出第一凹槽后的SiO2外延层,所述非NMOS区域由所述PMOS区域和所述电隔离层区域组成;
步骤4:在所述步骤3获得的刻蚀出第一凹槽后的SiO2外延层上通过原子层沉积的方法生长一层HfO2,获得初始HfO2层;
步骤5:去除所述NMOS区域以外的初始HfO2层,获得HfO2层;
步骤6:在所述步骤5获得的HfO2层上使用激光辅助结晶的方法生长单层黑磷;
步骤7:对所述步骤5获得的HfO2层进行高温退火,使铪原子扩散至所述步骤6获得的单层黑磷中,在所述单层黑磷中产生双轴压应变,获得应变黑磷层;
步骤8:在所述步骤7获得的应变黑磷层上旋涂光刻胶PMMA,定义源漏电极图形,采用电子束蒸镀和电子束光刻获得NMOS源漏电极;
步骤9:在所述步骤8获得的结构的上表面通过原子层沉积的方法生长一层HfO2,获得初始HfO2栅介质层;
步骤10:去除所述非NMOS区域的初始HfO2栅介质层与光刻胶;
步骤11:通过微影技术将PMOS掩膜版的图形转移到所述非NMOS区域的刻蚀出第一凹槽后的SiO2外延层上,保留非PMOS区域的光刻胶,所述非PMOS区域包括所述NMOS区域和所述电隔离层区域,在所述PMOS区域的初始SiO2外延层上用干法刻蚀出第二凹槽,获得SiO2外延层,所述第二凹槽的深度等于所述NMOS源漏电极的厚度T2;
步骤12:在所述步骤11获得的SiO2外延层上,采用所述步骤6的激光辅助结晶的方法生长出本征黑磷层;
步骤13:在所述步骤12获得的本征黑磷层上旋涂光刻胶PMMA,定义源漏电极图形,采用电子束蒸镀和电子束光刻获得PMOS源漏电极;
步骤14:在所述步骤13获得的结构上表面通过原子层沉积的方法生长一层HfO2,获得再次沉积的HfO2栅介质层;
步骤15:去除所述非PMOS区域的再次沉积的HfO2栅介质层与光刻胶,获得HfO2栅介质层;在所述NMOS区域与所述PMOS区域之间的SiO2外延层为电隔离层;
步骤16:对所述步骤15获得的HfO2栅介质层的两个凹槽处定义栅极图形,采用电子束蒸镀获得栅电极。
2.根据权利要求1所述的应变黑磷CMOS场效应晶体管的制备方法,其特征在于,所述步骤6中使用激光辅助结晶的方法生长单层黑磷的具体步骤为:步骤61:通过压片机向红磷粉末施加压力,获得红磷片;
步骤62:将所述步骤61和步骤5获得的红磷片和HfO2层分别放置直流等离子体反应器的热区和冷区,并在所述HfO2层上沉积有利层;
‑2
步骤63:使用机械泵将所述热区的红磷进行蒸发,当所述热区压力为6×10 Torr时,通入流量为10sccm的H2,使蒸发的红磷沉积在所述冷区的HfO2层上,将所述热区加热至450℃,保温5分钟;
步骤64:将所述步骤63获得的结构放入反应器中,选用1064nm激光源,进行激光辅助结晶,获得单层黑磷。
3.根据权利要求1所述的应变黑磷CMOS场效应晶体管的制备方法,其特征在于,所述步骤7中高温退火在氩气环境下进行,所述高温退火的温度为210℃,所述高温退火的时间为1小时。
4.根据权利要求1所述的应变黑磷CMOS场效应晶体管的制备方法,其特征在于,所述步骤3中HfO2层的厚度T1为7nm,所述步骤4原子层沉积的方法中原子层沉积的温度为200℃。
5.根据权利要求1所述的应变黑磷CMOS场效应晶体管的制备方法,其特征在于,所述步骤2中获得的初始SiO2外延层的厚度为40nm以上50nm以下。
6.根据权利要求1所述的应变黑磷CMOS场效应晶体管的制备方法,其特征在于,所述步骤8中获得的NMOS源漏电极由下至上由粘附层Ⅰ和电极层Ⅰ叠加而成,所述粘附层Ⅰ材料为Ti,所述粘附层Ⅰ厚度为1nm,所述电极层Ⅰ材料为Sc,所述电极层Ⅰ厚度为30nm,所述NMOS源漏电极的厚度T2为所述粘附层Ⅰ厚度加所述电极层Ⅰ厚度。
7.根据权利要求1所述的应变黑磷CMOS场效应晶体管的制备方法,其特征在于,所述步骤13中获得的PMOS源漏电极由下至上由粘附层Ⅱ和电极层Ⅱ叠加而成,所述粘附层Ⅱ材料为Ti,所述粘附层Ⅱ厚度为1nm,所述电极层Ⅱ材料为Au,所述电极层Ⅱ厚度为30nm。
8.根据权利要求1所述的应变黑磷CMOS场效应晶体管的制备方法,其特征在于,所述步骤9中的初始HfO2栅介质层的厚度为10nm,所述原子层沉积的方法中原子层沉积温度为150℃。
9.根据权利要求1所述的应变黑磷CMOS场效应晶体管的制备方法,其特征在于,所述步骤16中获得的栅电极的材料为Ti和Pd的叠加。
10.一种采用权利要求1‑9中任意一项所述的应变黑磷CMOS场效应晶体管的制备方法制备的应变黑磷CMOS场效应晶体管,其特征在于,所述应变黑磷CMOS场效应晶体管结构从下至上依次为:SiO2衬底、SiO2外延层、HfO2层、应变黑磷层和本征黑磷层、源漏电极、HfO2栅介质层以及栅电极,所述源漏电极包括NMOS源漏电极和PMOS源漏电极。