[發明專利]遠程氮等離子體摻雜過渡金屬硫族化合物的方法

在審

• 申請號: 202010083046.X
• 申請日: 2020-02-07
• 公開（公告）號: CN111312579A
• 公開（公告）日: 2020-06-19
• 發明（設計）人: 孫正宗;軒寧寧;包文中
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02;C23C8/36;C23C8/02
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;陸尤

本發明屬于光電和電子器件材料技術領域，具體為遠程氮等離子體摻雜過渡金屬硫族化合物的方法。本發明方法包括：制備單層或少層的過渡金屬硫族化合物；將過渡金屬硫族化合物樣品放入遠程氮等離子體裝置；體系采用高真空系統，壓力為10^?3 Pa，通入氮氣，在功率為1~1000 W的條件下處理1~1200 s，即制備得不同氮摻雜濃度的過渡金屬硫族化合物。本發明方法簡單易行，具有單層的可控精度，制備的氮摻雜過渡金屬硫族化合物可以實現p型摻雜。

技術領域

本發明屬于光電和電子器件材料技術領域，具體涉及氮摻雜的過渡金屬硫族化合物的制備方法。

背景技術

過渡金屬硫族化合物（TMD）具有非零的帶隙、高的導電性和遷移率、良好的化學和熱穩定性，以及杰出的機械強度等性質，在光電和電子器件領域具有廣泛的應用。由于天然的硫缺陷的存在，通常制備的二硫化鉬MoS₂的場效應晶體管僅僅表現出n型的電學性質。為了實現同質結或異質結的制備，需要對MoS₂進行p型的摻雜。

目前實現二硫化鉬p型摻雜的方法有很多，比較常用的是表面電荷轉移摻雜和取代摻雜。表面電荷轉移摻雜來自于吸附在MoS₂表面的材料和MoS₂之間的電子交換。這種摻雜不改變MoS₂的結構，但由于摻雜分子與MoS₂未形成共價鍵，所以此類摻雜一般不能持久穩定。取代摻雜是另外一種有效的實現MoS₂摻雜的方法，MoS₂晶格中的Mo或S原子被不同價電子的其它原子取代。這種方式的摻雜原子存在于MoS₂晶格中，但是MoS₂的主要晶體結構保持，此類方法可以實現MoS₂穩定且可控的摻雜。取代摻雜目前比較常用處理方法有熱處理法和等離子體處理法。熱處理法一般需要比較高的反應溫度，而等離子體輔助摻雜法一般會存在表面刻蝕等負面效應。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對上述現有技術中的問題，提供一種遠程氮等離子體摻雜單層或少層過渡金屬硫族化合物的制備方法；該方法工藝簡單，室溫下反應，具有單層的摻雜精度，可實現過渡金屬硫族化合物光學性質的連續可調，以及電學上的p型摻雜。

本發明提供的遠程氮等離子體摻雜單層或少層過渡金屬硫族化合物的制備方法，具體步驟為：

（1）采用機械剝離或者化學氣相沉積法制備單層或少層（一般指十層以下）的過渡金屬硫族化合物；

（2）采用高真空體系，遠程氮等離子體技術；將過渡金屬硫族化合物樣品放入遠程氮等離子體裝置，樣品位置距等離子體產生輝光的尾部為0~60 cm；體系采用高真空系統，壓力為10^-3 Pa，以減少體系中的雜質如氧氣的影響；在體系中通入一定量的氮氣，在功率為1~1000 W的條件下處理1~1200 s，即可制備氮摻雜過渡金屬硫族化合物。

反應完成后，對摻雜前后的過渡金屬硫族化合物進行光譜和電學性質表征。

本發明中，所述過渡金屬硫族化合物為MX₂，其中，M為Ti、 Zr、Hf、V、Nb、Ta、Mo、W、Re或Pt；X為S、Se或Te。

本發明中，所述通入的氮氣，流速為1~5 sccm。

本發明中，優選樣品位置距等離子體產生輝光的尾部L為5~30 cm。

本發明中，優選真空系統壓力為10^-5Pa 10^-3 Pa。

本發明中，優選功率為100~600 W，處理時間為100~1000 s。