[發明專利]一種光電器件光控二極管及其制作方法

在審

• 申請號: 202210028677.0
• 申請日: 2022-01-11
• 公開（公告）號: CN116469955A
• 公開（公告）日: 2023-07-21
• 發明（設計）人: 劉馳;馮順;韓如月;孫東明;成會明
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: H01L31/113
• 分類號: H01L31/113;H01L31/0224;H01L31/18
• 代理公司: 沈陽優普達知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 張志偉

1.一種光電器件光控二極管，其特征在于，光控二極管是由h-BN保護層、石墨烯電極、MoS₂n-n^-結、h-BN光柵層和柵極介質層組成，具體結構如下：

柵極介質層由硅半導體襯底作為柵電極，以襯底上二氧化硅絕緣層作為介電層，h-BN光柵層設置于介電層上，MoS₂n-n^-結設置于h-BN光柵層上，MoS₂n-n^-結為n型MoS₂與p型摻雜MoS₂一體組合結構，h-BN保護層覆蓋n型MoS₂；石墨烯電極包括作為接觸電極的陽極石墨烯電極和陰極石墨烯電極，陰極石墨烯電極和陽極石墨烯電極分別設置于n型MoS₂之上與p型摻雜MoS₂之上，陰極引線電極位于陰極石墨烯電極的一端上表面，陽極引線電極位于陽極石墨烯電極的一端下表面，陽極石墨烯電極的另一端搭接于p型摻雜MoS₂之上。

2.按照權利要求1所述的光電器件光控二極管，其特征在于，h-BN保護層為多數層，多數層是指大于30層。

3.按照權利要求1所述的光電器件光控二極管，其特征在于，MoS₂為5～30層單晶。

4.按照權利要求1所述的光電器件光控二極管，其特征在于，h-BN光柵層為少數層單晶，少數層是指1～30層。

5.一種權利要求1至4之一所述的光電器件光控二極管的制作方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)通過微機械剝離將石墨烯、MoS₂和h-BN片剝離到表面有100nm或300nm厚SiO₂絕緣層的p型摻雜Si襯底上；

(2)通過異質結轉印平臺，用碳酸丙烯酯(PPC)抬起h-BN保護層，然后依次抬起陰極石墨烯電極和MoS₂，并將其堆疊在位于100nm或300nm?SiO₂/Si襯底上的h-BN光柵層上，從而形成h-BN/MoS₂/h-BN異質結；

(3)將堆疊完成的h-BN/MoS₂/h-BN異質結放入真空退火爐中退火處理；

(4)通過電子束曝光、反應離子刻蝕、電子束蒸發和剝離工藝，構建石墨烯電極的引線電極；

(5)利用氧等離子體，對未被h-BN保護層保護的MoS₂進行p型摻雜處理，形成MoS₂n-n^-結；

(6)通過異質結轉印平臺，用聚二甲基硅氧烷(PDMS)作為介質轉移陽極石墨烯電極，分別與p型摻雜MoS₂和陽端的引線電極接觸。

6.按照權利要求5所述的光電器件光控二極管的制作方法，其特征在于，步驟(2)中，保護層h-BN只覆蓋一部分MoS₂，保護本征MoS₂。

7.按照權利要求5所述的光電器件光控二極管的制作方法，其特征在于，步驟(3)中，通過退火去除異質結表面的PPC殘留，控制真空退火溫度為350～450℃，升溫時間為0.5～1.5h，保溫時間為0.5～2h，隨爐冷卻至室溫。

8.按照權利要求5所述的光電器件光控二極管的制作方法，其特征在于，步驟(4)中，引線電極為Ti層與Au層復合，先在基底及陰極石墨烯電極上蒸鍍厚度范圍為4～6nm的Ti層，然后繼續蒸鍍厚度范圍為50～60nm的Au層。

9.按照權利要求5所述的光電器件光控二極管的制作方法，其特征在于，步驟(5)中，通過氧等離子體處理實現MoS₂的p型摻雜，控制氧氣流量為160～200sccm，氧等離子處理儀的功率為160～200W，時間為0.5～1.5h。

10.按照權利要求5所述的光電器件光控二極管的制作方法，其特征在于，步驟(6)中，控制陽極石墨烯電極釋放過程中樣品溫度為70～90℃。