[發明專利]離子束直寫二維半導體器件的方法

有效

• 申請號: 202010157534.0
• 申請日: 2020-03-09
• 公開（公告）號: CN111341837B
• 公開（公告）日: 2021-06-15
• 發明（設計）人: 譚楊;劉燕然;陳峰
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: H01L29/16
• 分類號: H01L29/16;H01L29/06;H01L29/861;H01L21/265
• 代理公司: 南京中高專利代理有限公司 32333
• 代理人: 潘甦昊

1.一種離子束直寫二維半導體器件的方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一、將表面清洗后的硅片作為襯底；

步驟二、在硅片表面制作一對相間隔的金電極；

步驟三、在金電極上方設置一單層石墨烯，單層石墨烯覆蓋整個硅片表面區域；

步驟四、在單層石墨烯上方設置一單層TMDCs；

步驟五、通過低能量離子束對部分單層TMDCs表面進行轟擊，使轟擊區域的單層TMDCs表面產生缺陷，有缺陷的單層TMDCs對單層石墨烯進行空位摻雜，使得對應置處的單層石墨烯呈現P態，無缺陷的單層TMDCs對單層石墨烯進行電子摻雜，使得對應位置處的單層石墨烯呈現N態，最終形成PN結。

2.如權利要求1所述的離子束直寫二維半導體器件的方法，其特征在于，步驟二中，制作電極掩膜版，將掩膜版覆蓋在所述硅片上，使用蒸金機蒸鍍金電極，所述金電極的厚度低于100nm，一對所述金電極間距小于等于10μm。

3.如權利要求1所述的離子束直寫二維半導體器件的方法，其特征在于，步驟三中，使用氣相沉積法生長單層石墨烯，使用濕法腐蝕法將所述單層石墨烯轉移至所述金電極上方。

4.如權利要求1所述的離子束直寫二維半導體器件的方法，其特征在于，步驟四中，使用氣相沉積法生長單層TMDCs，使用濕法腐蝕法將所述單層TMDCs轉移至所述單層石墨烯上方。

5.如權利要求1所述的離子束直寫二維半導體器件的方法，其特征在于，步驟五中，利用離子束加速器發出低能量離子束，離子束流大小在90pA-100pA。

6.如權利要求5所述的離子束直寫二維半導體器件的方法，其特征在于，采用鎵離子源，離子束流大小為93pA，離子束輻照時間為9s。

7.如權利要求1所述的離子束直寫二維半導體器件的方法，其特征在于，單層TMDCs可選擇MoS₂、MoSe₂、WS₂、WSe₂中的一種。

8.如權利要求1所述的離子束直寫二維半導體器件的方法，其特征在于，兩個金屬極作為PN結的電路連接端口。

9.如權利要求1所述的離子束直寫二維半導體器件的方法，其特征在于，TMDCs選用MoSe₂，金電極的厚度為50nm，一對金電極間距5μm；采用鎵離子源，30keV加速電壓，離子束流大小93pA，對單個所述金電極所在一側的一半單層MoSe₂表面進行轟擊，轟擊時間9s，在單層MoSe₂表面一半區域造成缺陷，形成二極管。

10.如權利要求9所述的離子束直寫二維半導體器件的方法，其特征在于，TMDCs選用MoSe₂，金電極的厚度為50nm，一對金電極間距10μm；采用鎵離子源，30keV加速電壓，離子束流大小93pA，對兩個所述金電極所在一側的部分單層MoSe₂表面進行轟擊，兩側的轟擊區域間隔一定距離，轟擊時間9s，在單層MoSe₂表面兩側區域造成缺陷，形成恒流二極管。