[發明專利]一種對過渡金屬硫族化物進行光學簡并摻雜的方法及其應用

有效

• 申請號: 201810117999.6
• 申請日: 2018-02-06
• 公開（公告）號: CN110120440B
• 公開（公告）日: 2022-01-04
• 發明（設計）人: 劉晶;張榮杰
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18;H01L31/032;H01L31/113
• 代理公司: 天津創智天誠知識產權代理事務所(普通合伙) 12214
• 代理人: 王秀奎

本發明公開了一種對過渡金屬硫族化物進行光學簡并摻雜的方法及其應用，通過在二維材料表面電子束蒸發沉積金納米層，并在高溫退火處理后在TMDc材料表面形成潤濕性良好的金納米薄膜。在紫外光的輻照下，金納米層的電子由于外光電效應溢出并注入到半導體層，多余的電子對半導體形成了穩定的N型摻雜。在撤除紫外光照后，光生的富余電子仍保留在材料內，使得這種摻雜方式具有長期穩定性，同時，這種方法具有普適性，能應用于多種N型的TMDc材料。這種快速，簡便，通用，穩定的摻雜新方法為二維半導體材料的研究打開了新的思路。

技術領域

本發明涉及半導體材料改性技術領域，特別是涉及一種對過渡金屬硫族化物進行光學簡并摻雜的方法，具體的涉及一種對二維半導體材料的N型摻雜方式。

背景技術

隨著摩爾定律的發展，硅基半導體已經發展到了極限節點。近年來，具有帶隙可調的半導體型二維過渡金屬硫族化物(TMDs)由于其具有大的載流子遷移率，高場效應開光比，低亞閾值擺幅和有效地抑制短溝道效應被視為是下一代硅基半導體的替代品。為了實現硅基半導體的功能，對TMDs材料進行摻雜收到了廣泛的關注。傳統的摻雜方式有離子注入和原位生長原子替換等方式，但是對于二維材料而言，離子注入方式帶來的高能粒子會破壞其晶格周期性引入空位和雜質能級等，這會大大降低材料的性能，特別是載流子遷移率。雖然研究者已經發現原位原子生長替換的方式能夠有效地對材料進行N型和P型摻雜，如在MoS₂生長過程中引入銣元素替代部分鉬能有效對材料進行P型摻雜，但是這種方式操作工藝復雜，而且具有特異性，不能夠對材料進行選擇區域摻雜。

針對二維材料原子層厚度的特點，研究者們發現表面電荷轉移方式能夠對二維材料進行有效地P型和N型摻雜，常用的表面電荷轉移方式包括表面化合物，表面量子點，離子，納米粒子，表面吸附氣體，表面物理沉積等。然而這種表面電荷轉移方式可能由于表面物質的空氣不穩定性導致這種摻雜方式的不穩定性和工藝重復性差等特點，其中，表面物理層沉積進行摻雜的方式被認為是最為穩定和高效的摻雜方式。對二維材料進行表面等離子處理也是一種有效地摻雜方式，在高能等離子體的轟擊下，部分離子與材料結合從而改變其電學特性，但是，這種引入的高能方式在一定程度上也會破壞其晶格結構。所以，探索一種具有普適性和穩定的摻雜方法對二維材料的改性具有重要意義。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術中存在的技術缺陷，而提供一種對過渡金屬硫族化物進行光學簡并摻雜的方法，具有工藝簡單，易操作的優點。

本發明的另一個目的是提供所述光學簡并摻雜的方法制備得到的電器件，所述電器件具有金-過渡金屬氧化物-過渡金屬硫族化物形成的MIS結構，具有強烈的光物相互作用。

本發明的另一個目的是提供所述電器件和所述方法在紫外光探測上的應用，具有紫光外響應靈敏度高的優點。

為實現本發明的目的所采用的技術方案是：

本發明的一種對過渡金屬硫族化物進行光學簡并摻雜的方法，包括以下步驟：

步驟1，將納米厚度的過渡金屬硫族化物薄片轉移到基底上；

步驟2，在步驟1所得器件上沉積金納米層；

步驟3，將步驟2得到的器件進行退火處理，自室溫20℃～25℃起始以5～15℃/min的速度進行升溫至300℃～400℃，保溫20～40分鐘后，自然冷卻至室溫。

在上述技術方案中，所述步驟1中過渡金屬硫族化物的厚度為10-50nm。

在上述技術方案中，所述步驟2中金納米層的厚度為3-10nm。

在上述技術方案中，所述步驟1中的過渡金屬硫族化物為MoS₂、ReS₂或MoSe₂。

在上述技術方案中，所述步驟1中的過渡金屬硫族化物薄片通過干法轉移方式復合在基底上。