[發明專利]一種二維二碲化鉬垂直異質結及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202010152918.3
• 申請日: 2020-03-06
• 公開（公告）號: CN111403475B
• 公開（公告）日: 2021-08-03
• 發明（設計）人: 甘霖;李奧炬;翟天佑
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H01L29/267
• 分類號: H01L29/267;H01L21/04;H01L29/06
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 李智;孔娜

本發明屬于二維材料領域，并具體公開了一種二維二碲化鉬垂直異質結及其制備方法和應用，其包括1T’?MoTe₂和2H?MoTe₂兩部分，且兩部分間通過層間范德華力連接；制備步驟：S1將四鉬酸銨和氯化鈉的混合溶液烘干后作為鉬源放入反應器，并在鉬源上放置生長基底，將碲粉作為碲源放入反應器并置于鉬源的上游；S2將鉬源和碲源處溫度升高到反應溫度后自然降溫至室溫，同時向反應器中通入載氣以將碲源帶至鉬源處，并通入還原劑，在生長基底上生成二維二碲化鉬垂直異質結。本發明制備出的金屬相和半導體相垂直堆垛的MoTe₂異質結構，可以有效降低金屬電極和材料接觸的肖特基勢壘，為改善金屬?半導體接觸提供了重要的思路。

技術領域

本發明屬于二維材料領域，更具體地，涉及一種二維二碲化鉬垂直異質結及其制備方法和應用。

背景技術

在構筑半導體材料的微納器件時，金屬與半導體接觸是制作半導體器件中十分重要的的問題，接觸情況直接影響到器件性能。從性質上可以將金屬半導體接觸分為歐姆接觸與肖特基接觸，其中，肖特基接觸的特點是接觸區的電流電壓特性是非線性的，呈現出類似于結電壓電流效應，也稱為整流效應；歐姆接觸的特點是電流電壓的特性是線性的，即接觸類似于一個電阻的串聯。歐姆接觸產生時，金屬電極與半導體本身之間不存在明顯的電壓降，當器件工作時，電壓降應該主要落在器件的有源區中，在金屬與半導體表面產生的電壓降相比可以忽略。歐姆接觸不會使器件的電壓電流特性產生變化，也不會影響器件中半導體的平衡載流子濃度。在如今的半導體器件領域，獲得理想的歐姆接觸仍然是難題之一。

通過構筑金屬/半導體異質結的方法，將電極直接搭在金屬性的材料上來降低肖特基勢壘，是得到低肖特基勢壘接觸器件非常好的途徑。MoTe₂作為一種典型的二維材料，其常見的晶體結構有1T，1T’，2H和3R等，其中研究較多的是在常溫下具有穩定結構的半導體性的2H相和金屬性的1T相，相較于其他的二維材料，單晶二維MoTe₂的合成一直是一個挑戰。對于MoTe₂而言，由于Mo原子和Te原子的化學反應活性低，兩元素之間的電負性差異也很小(小于0.3eV)，導致MoTe₂中Mo-Te鍵不穩定，在高溫下容易失去Te；同時，由于MoTe₂半導體性的2H相和金屬性的1T’相之間的能量差非常小，在生長的過程中，兩相極易發生轉變，想得純相的MoTe₂較為困難。對于兩相的生長而言，理論計算和實驗研究表明，在較低溫度時傾向于得到2H-MoTe₂，而在較高溫度時更容易得到1T’-MoTe₂；在實際的CVD實驗中發現，2H-MoTe₂比較難得到，這是因為在CVD反應中要得到2H-MoTe₂，需要保證在整個反應過程中保持足夠的碲源供給，并且需嚴格控制升溫速率和反應溫度。之前的研究人員已經通過CVD的方法分別得到了1T’-MoTe₂和2H-MoTe₂二維單晶，同時2H-MoTe₂作為半導體相，具有很好的光電性能，應用廣泛。但是在制作微納器件時，2H-MoTe₂和金屬電極接觸，在接觸界面處產生肖特基勢壘，影響載流子的遷移從而影響器件的光電性能，而金屬性的1T’-MoTe₂載流子濃度較高，與金屬電極接觸，理論上可以實現歐姆接觸。因此，如何降低2H-MoTe₂器件的肖特基勢壘，對于MoTe₂的研究具有重要意義。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種二維二碲化鉬垂直異質結及其制備方法和應用，其目的在于，通過設置鉬源和碲源及合適的反應條件，制備出金屬相和半導體相垂直堆垛的MoTe₂異質結構，可以有效降低金屬電極和材料接觸的肖特基勢壘，為改善金屬-半導體接觸提供了重要的思路。