[發明專利]一種基于二維過渡金屬硫族化合物的BJT及其制備方法

在審

• 申請號: 202110821720.4
• 申請日: 2021-07-21
• 公開（公告）號: CN113594240A
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發明（設計）人: 曾祥斌;王君豪;胡一說;王文照;陸晶晶;王曦雅;周宇飛;王士博;肖永紅;陳鐸;張茂發
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H01L29/735
• 分類號: H01L29/735;H01L29/73;H01L29/24;H01L21/331
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 夏倩;李智

本發明公開了一種基于二維過渡金屬硫族化合物的BJT及其制備方法，屬于半導體微器件領域，包括：帶有介質層的單晶硅襯底及其介質層表面同種二維過渡金屬硫族化合物依次橫向連接的P型薄膜、N型薄膜、P型薄膜，以及位于各薄膜上表面的電極；制備方法包括：在帶介質層的單晶硅襯底上表面制備遮擋層，旋涂包含硫元素和過渡金屬元素的第一前驅體溶液；在所得樣品的上表面旋涂光刻膠后去除遮擋層，在其上表面旋涂金屬鹽溶解于第一前驅體溶液形成的第二前驅體溶液，去除光刻膠；將所得樣品在真空中進行激光輻照；在樣品上表面制備金屬電極，得到BJT。本發明使薄膜制備摻雜一步完成，解決現有二維材料BJT的制備工藝中薄膜易受損傷，影響器件性能的問題。

技術領域

本發明屬于半導體微器件領域，更具體地，涉及一種基于二維過渡金屬硫族化合物的BJT及其制備方法。

背景技術

二維過渡金屬硫族化合物(Transition Metal Dichalcogenides，TMDCs)具有極高的電子遷移率，在光、電、化學、力學、機械等方面也有優良的性質，因此在近些年的研究中備受關注，過渡金屬硫族化合物的晶體結構和原子結構類似，在半導體方面的性能也相近，例如層狀過渡金屬硫族化合物的帶隙隨著層數的變化而變化，以MoS₂為例，其帶隙(1.25eV-1.8eV)隨著層數變化而變化。MoS₂具有較高的載流子遷移率，目前單層MoS₂薄膜的載流子遷移率可達400cm²V^-1s^-1，多層薄膜可達500cm²V^-1s^-1。

目前，由于水平結表面態密度較少，可以有效減少載流子的復合，基于水平結的BJT對小電流的放大效果較好。現有的利用二維材料制備的BJT，其中的P區和N區所采用的往往是不同的半導體材料，所形成的PN結為異質PN結。例如，在申請公布號為CN 104617135A、發明名稱為“二維材料元件和半導體器件”的專利文件中，所公開的二維材料元件中，包含第一二維材料和第二二維材料，第一二維材料是n型半導體，第二二維材料是p型半導體，第一金屬硫屬元素化物基材料包括第一金屬原子，所述第二金屬硫屬元素化物基材料包括第二金屬原子，并且第一和第二金屬原子彼此不同；或者第一金屬硫屬元素化物基材料包括第一硫屬元素原子，第二金屬硫屬元素化物基材料包括第二硫屬元素原子，并且第一和第二硫屬元素原子彼此不同。由此所制備的BJT中的PN結為異質PN結，在制備過程中，不可避免地需要采用定向轉移工藝，而由于二維薄膜厚度極小，在轉移過程中極易受到損傷，影響最終BJT器件的性能。

針對這一問題，在申請公布號為CN 108666375 A、發明名稱為“一種納米層狀橫向同質PN二極管及其制備方法與應用”的專利文件中，提出了一種同質PN結，其中的薄膜層包括由相同的過渡金屬硫族化合物制備而成且橫向連接的p型過渡金屬硫族化合物膜和n型過渡金屬硫族化合物膜，其制備過程中，先在介質層上原位制備n型過渡金屬硫族化合物膜，之后通過對n型過渡金屬硫族化合物膜中指定的部分進行低功率磁控濺射摻雜、退火形成p型過渡金屬硫族化合物區域，由于省去了傳統的定向轉移工藝，且使用的摻雜氣體為氧氣，使得制備成本較低，摻雜過程對過渡金屬硫族化合物膜損壞小。但是，該由于在磁控濺射摻雜的過程中，需要利用起輝氣體對薄膜表面進行轟擊，對薄膜仍然存在一定的損傷，并且僅在薄膜表面進行摻雜，摻雜濃度也不易精確控制。此外，由于利用化學氣相沉積(CVD)制備n型過渡金屬硫族化合物膜，薄膜面積往往只能達到μm量級，這使得所制備的器件在實際應用中受到了很大的限制。

發明內容

針對現有技術的缺陷和改進需求，本發明提供了一種基于二維過渡金屬硫族化合物的BJT及其制備方法，其目的在于，降低納米層狀過渡金屬硫族化合物橫向同質BJT中薄膜在制備過程中的損傷程度，提高器件性能和穩定性，并實現摻雜濃度可控。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種基于二維過渡金屬硫族化合物的BJT，包括：帶有介質層的單晶硅襯底；