[發明專利]具有垂直結構的SnSe2

有效

• 申請號: 201710276280.2
• 申請日: 2017-04-25
• 公開（公告）號: CN107424911B
• 公開（公告）日: 2020-07-31
• 發明（設計）人: 商繼敏;陳鵬;吳杰;馮學超;楊陽;李強;楊坤
• 申請（專利權）人: 鄭州輕工業學院
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02;H01L21/324
• 代理公司: 鄭州優盾知識產權代理有限公司 41125
• 代理人: 張紹琳;張志軍

本發明公開了一種具有垂直結構的SnSe₂/MoSe₂新型異質結的制備方法及其場效應性能改性方法，該制備方法采用機械剝離法結合旋轉轉移法的濕化學合成技術手段，通過調整旋轉轉移法技術手段的具體實施條件，制得一種基于二維過渡金屬硫族化合物Se的垂直結構范德瓦爾斯異質半導體材料，該方法較為簡單安全，適用于制備一系列二維過渡金屬硫族化物（TMDs）的垂直結構異質結；通過將制備的垂直結構SnSe₂/MoSe₂范德瓦爾斯異質結進行退火改性處理，選擇最優的提升異質結器件的場效應性能的退火改性溫度及時間參數，本發明提供的異質結的改性方法，為范德瓦爾斯異質結更深入的應用于新一代光電子器件領域指明了方向。

技術領域

本發明屬于半導體材料的制備技術和性能應用提高領域，具體涉及一種SnSe₂/MoSe₂新型異質結的制備方法及其場效應性能大幅提高的方法。

背景技術

自從2004年石墨烯(Graphene)用機械剝離法成功制備以來，由于具備優良的力學、光學和電學等物理性質，使得它一經面世便得到越來越多的關注和研究。但是石墨烯的零帶隙特性使其不能作為優良的場效應通道材料，盡管人們用過很多方法嘗試打開石墨烯的帶隙，但得到的帶隙大小僅為幾十毫電子伏，對應的器件的場效應開關比最大只有10³，遠遠小于傳統Si晶體管的10⁵~10⁶。作為石墨烯的很好的替補材料，自然界提供了除石墨烯以外的一大批低維層狀材料。其中二維過渡金屬硫族化物(TMDs)具有特定的帶隙和獨特的物理性能，因此近年來成為最典型的新興二維材料體系。二維過渡金屬硫族化物是一組具有化學式MX₂的材料，其中M是金屬元素，包括IVB族（Ti，Zr，Hf），VB族（V，Nb，Ta），VIB（Mo，W等）和IVA（Sn等），而X是硫族元素（S，Se，Te）。目前國際上研究的金屬硫族化合物代表材料是MoS₂，WS₂，SnS₂，MoSe₂，WSe₂等。其中，MoS₂是二維TMDs家族中關注研究最為集中的材料。單層MoS₂包含兩層S原子夾雜著一層Mo原子，基本單元是三棱柱結構，如圖1所示。單層MoS₂具有直接帶隙，大小為1.8 eV，因此MoS₂可以彌補石墨烯的缺點，是非常有前景的電荷通道材料。2011年，A. Kis制作了第一支單層MoS₂晶體管，發現它的開關比達到10⁸，如圖2所示，電子遷移率達到217 cm²/Vs，亞閾值擺幅僅為74 mV/dec，接近于傳統半導體晶體管的理論極限值60 mV/dec。隨后,二維TMDs半導體材料WS₂、WSe₂、MoSe₂等TMDs家族成員逐漸被發現并得到大量的研究。它們的電子結構與MoS₂類似，單層狀態時都為直接帶隙半導體，體材料為間接帶隙半導體，而且都表現出優良的光學和電學性能。

近年來，由不同二維少層、多層材料垂直疊加而成的范德瓦爾斯異質結的制備與應用也迅速發展起來。范德瓦爾斯異質結是由不同二維少層、多層垂直疊加在一起形成的，它可以繼承單一組分優良的光電性質，也可以表現出獨特的器件功能。每層中的強烈共價鍵使其具有面內穩定性，層與層之間以較弱的范德瓦爾斯力結合在一起。這些人工異質結具有優良的光學和電學性能，使它們能夠廣泛應用在光電子器件中：如光電二極管、光伏電池和發光二極管LEDs等等。由于二維半導體材料及其范德瓦爾斯異質結具有優良獨特的物理性能，在未來的光電子器件中，包括晶體管、光探測、光開關和光伏電池等領域中具有不可估量的應用前景。它們在未來的納米電子和光電子領域中具有重要的應用價值。