[發(fā)明專利]選擇性圖案化制備二硫化鉿氮化硼異質(zhì)結(jié)材料的方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711480048.7
• 申請日: 2017-12-29
• 公開（公告）號: CN108198753A
• 公開（公告）日: 2018-06-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王登貴;張興旺;尹志崗;孟軍華
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: H01L21/18
• 分類號: H01L21/18;H01L21/027;H01L21/324
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 任巖

本發(fā)明提供了一種選擇性圖案化制備二硫化鉿氮化硼HfS₂/h?BN異質(zhì)結(jié)材料的方法，其包括以下步驟：步驟1、將h?BN晶疇或薄膜材料轉(zhuǎn)移至目標襯底上；步驟2、對轉(zhuǎn)移至目標襯底上的h?BN進行目標圖案化光刻；步驟3、在氧氣氣氛下對h?BN襯底進行退火處理，以去除h?BN表面殘留的有機物；步驟4、退火完成后，在h?BN襯底表面生長HfS₂原子晶體，選擇性制備HfS₂/h?BN異質(zhì)結(jié)材料。本發(fā)明制備過程簡單、成本低、可控性強，對基于HfS₂/h?BN材料的光電子學器件的大規(guī)模集成化生產(chǎn)和應(yīng)用具有重大意義。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種選擇性圖案化制備二硫化鉿氮化硼異質(zhì)結(jié)材料的方法。

背景技術(shù)

近年來在電子學和光電子學方面，由于石墨烯的零帶隙特點，對光的吸收能力差且開關(guān)比低，限制了它的進一步應(yīng)用。因此，人們將研究重點轉(zhuǎn)向了具有一定帶隙寬度的過渡金屬硫?qū)倩?TMDs，MX₂，M為過渡金屬如Mo、Hf等，X為S、Se等)。該材料具有眾多優(yōu)異的物理性能。首先，TMDs具有石墨烯材料所缺少的自然帶隙。再者，TMDs具有光致發(fā)光現(xiàn)象，為其在光電子器件方面的應(yīng)用提供了無限可能。此外，TMDs有著良好的柔韌性和透明度，單層TMDs場效應(yīng)晶體管有著將晶體管推向更小尺寸的巨大潛力。因此，TMDs將會是繼石墨烯之后又一個半導體材料研究熱點。

在眾多TMDs材料中，HfS₂有著優(yōu)于其他材料的物理性能。譬如，HfS₂室溫載流子遷移率理論預(yù)測值可達1800cm²·V^-1·s^-1，是熱門材料MoS₂的50倍之多；再者，理論計算顯示基于HfS₂的場效應(yīng)晶體管電流密度高達500μA·μm^-1，遠高于其他過渡金屬硫化物材料。

六方氮化硼(h-BN)是良好的襯底和柵介質(zhì)層材料，其表面原子級的平整度可以減少其他異質(zhì)結(jié)材料在生長過程中界面處所產(chǎn)生的缺陷，提高材料的載流子遷移率。h-BN已被證明是石墨烯良好的襯底和柵介質(zhì)層材料，基于石墨烯/h-BN異質(zhì)結(jié)構(gòu)的器件在電學性能、穩(wěn)定性等方面均表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢。因此，有理由相信HfS₂/h-BN異質(zhì)結(jié)材料在電學性能、穩(wěn)定性等方面也會有著巨大的提升和應(yīng)用價值。

但目前有關(guān)HfS₂/h-BN異質(zhì)結(jié)材料的研究仍有多個難題需要解決。特別是在材料生長上的探索不足，機械剝離法制得的HfS₂/h-BN異質(zhì)結(jié)材料存在著樣品尺寸小，材料厚度不可控，制備過程隨機性強等問題，很大程度上限制了其大規(guī)模集成化生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

(一)要解決的技術(shù)問題

鑒于上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種選擇性圖案化制備二硫化鉿氮化硼HfS₂/h-BN異質(zhì)結(jié)材料的方法。本發(fā)明制備過程簡單、成本低、可控性強，對基于HfS₂/h-BN材料的光電子學器件的大規(guī)模集成化生產(chǎn)和應(yīng)用具有重大意義。

(二)技術(shù)方案

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種選擇性圖案化制備二硫化鉿氮化硼HfS₂/h-BN異質(zhì)結(jié)材料的方法，其包括以下步驟：步驟1、將h-BN晶疇或薄膜材料轉(zhuǎn)移至目標襯底上；步驟2、對轉(zhuǎn)移至目標襯底上的h-BN進行目標圖案化光刻；步驟3、在氧氣氣氛下對h-BN襯底進行退火處理，以去除h-BN表面殘留的有機物；步驟4、退火完成后，在h-BN襯底表面生長HfS₂原子晶體，選擇性制備HfS₂/h-BN異質(zhì)結(jié)材料。

(三)有益效果