随着集成电路工艺步入22nm工艺节点,传统硅基MOSFET的短沟道效应引起的器件性能衰减越来越明显,因此寻找新的半导体材料势在必行。二维过度金属硫化物因其独特的物理特性以及超薄二维结构而受到广泛关注。二硫化钼（MoS₂）作为二维过渡金属硫化物中的一员,由于较宽的带隙（1.2-1.8eV）使得其适合作为场效应晶体管的沟道材料,形成高开关比、低功耗器件,在与传统半导体工艺兼容的基础上有效地抑制了尺寸缩小而引起的短沟道效应。大面积、层数可控的二硫化钼生长及MoS₂场效应晶体管的性能优化是其走向应用的基本要求。然而,目前关于MoS₂场效应晶体管的研究大多都采用机械剥离样品,然而机械剥离法的局限性使得其很难走向应用,同时许多课题组发现,由于单层MoS₂对于环境的敏感性导致了较低的器件迁移率(10-2-10cm2V^-1s^-1);同时MoS₂与金属电极形成金半接触引起的较大接触电阻以及MoS₂沟道的缺陷同样限制了MoS₂基场效应晶体管的性能。基于以上分析,我们进行了大尺寸、层数可控CVD-MoS₂生长工艺优化以及MoS₂基场效应晶体管性能优化的研究。本文的主要研究内容有:优化CVD-MoS₂薄膜的生长工艺,获得大尺寸、层数可控的MoS₂;采用传统微纳加工工艺在合成的MoS₂薄膜上构建MoS₂基背栅场效应晶体管,其中研究以不同层数MoS₂作为沟道时,器件的性能变化;通过化学改性,降低MoS₂与金属电极的接触电阻以及MoS₂沟道的缺陷,提高器件的迁移率及开关比等电学性能。CVD-MoS₂薄膜生长工艺优化:研究温度的变化和氢气流量的变化对于二硫化钼尺寸及层数的影响,并通过工艺条件优化合成了较大尺寸（40-60μm）的单双层MoS₂三角（六角）,以及一些三层（10-15μm）及四层（5μm）MoS₂薄膜;并且通过XPS、拉曼光谱及TEM等手段对二硫化钼薄膜的层数、均匀性及结晶度进行了全面的表征。通过传统微纳加工工艺（包括紫外光刻、刻蚀、电子束曝光及PVD镀膜等工艺）在上述合成的1-3层MoS₂薄膜上构建背栅场效应晶体管器件,并通过测试比较了不同层数的二硫化钼作为沟道时,器件的性能的变化,并研究引起性能变化的原因。在上述器件构建的基础上,通过化学改性改变MoS₂薄膜的晶格结构或降低MoS₂沟道中的晶格缺陷,以提高器件的迁移率。一方面,采用正丁基锂将与源漏金属电极接触部分的半导体相2H-MoS₂转变为金属相1T-MoS₂,从而极大地降低了器件的接触电阻,器件的迁移率提高及on-current都提高了约2倍;另一方面,通过MPS溶液低温退火法修复了MoS₂沟道中的硫空位,减少了MoS₂沟道的缺陷,并结合1T-MoS₂接触,最终得到了约50.23cm2V^-1s^-1的迁移率及8×10⁶的器件开关比。