[發明專利]一種基于絕緣層上硅襯底的二維材料/硅異質結陣列及其制備方法

在審

• 申請號: 202210049787.5
• 申請日: 2022-01-17
• 公開（公告）號: CN114530469A
• 公開（公告）日: 2022-05-24
• 發明（設計）人: 徐楊;寧浩;吳少雄;呂建杭;劉粒祥;陳麗;汪曉晨;俞濱
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H01L27/146
• 分類號: H01L27/146;H01L31/0336;H01L31/109;H01L31/18
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 劉靜

1.一種基于絕緣層上硅襯底的二維材料/硅異質結陣列，包括組成陣列的若干異質結單元，其特征在于，所述異質結單元是二維材料與硅的垂直異質結；所述陣列是異質結單元的面陣陣列；

所述陣列包括絕緣層上硅襯底(1)，所述絕緣層上硅襯底(1)是將頂硅圖形化成若干頂硅條帶(2)的絕緣層上硅襯底，所述絕緣層上硅襯底(1)上還設有絕緣層(3)，所述絕緣層(3)中刻有硅窗口陣列(7)和硅接觸孔；

所述硅窗口陣列(7)的每個硅窗口外圍設有二維材料接觸電極(4)，每一行/列的硅窗口外圍的二維材料接觸電極(4)相互連接并引出作為該行/列的公共頂電極；所述二維材料接觸電極(4)上覆蓋二維材料(5)，所述二維材料(5)通過所述硅窗口與所述頂硅條帶(2)接觸形成異質結；所述陣列中的每一列/行異質結共用同一條頂硅條帶(2)，每條頂硅條帶(2)均通過所述硅接觸孔連接有硅接觸電極(6)。

2.根據權利要求1所述的基于絕緣層上硅襯底的二維材料/硅異質結陣列，其特征在于，所述二維材料(5)為單層或多層的薄膜材料，包括單層石墨烯、多層石墨烯、宏觀組裝石墨烯、薄層石墨、單層或多層過渡金屬硫化物、單層或多層過渡金屬硒化物、單層或多層黑磷。

3.根據權利要求1所述的基于絕緣層上硅襯底的二維材料/硅異質結陣列，其特征在于，所述二維材料(5)與硅接觸形成的異質結區是以陣列結構排布的感光區。

4.根據權利要求1所述的基于絕緣層上硅襯底的二維材料/硅異質結陣列，其特征在于，所述二維材料接觸電極(4)和硅接觸電極(6)的材質為導電金屬。

5.一種權利要求1-4任一項所述的基于絕緣層上硅襯底的二維材料/硅異質結陣列的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)在絕緣層上硅襯底的頂硅表面使用光刻技術制作條狀陣列掩膜，刻蝕未被掩膜保護的頂硅以制作頂硅形狀是若干頂硅條帶(2)的絕緣層上硅襯底(1)；

(2)將圖形化后的絕緣層上硅襯底(1)的表面進行熱氧化處理，之后沉積絕緣材料，以隔離相鄰硅頂硅條帶(2)和填充相鄰頂硅條帶(2)之間的間隙；

(3)通過拋光的方法平坦化，將沉積的絕緣材料上表面磨平、拋光，形成絕緣層(3)；

(4)在拋光的絕緣層(3)上表面光刻硅接觸孔圖形，并用濕法或干法刻蝕絕緣層形成硅接觸孔，并在硅接觸孔區域進行離子注入以便硅接觸電極(6)和頂硅條帶(2)之間形成良好的歐姆接觸；

(5)用光刻技術在絕緣層(3)上表面制作電極圖形掩膜，沉積電極材料，之后放在去膠溶液中剝離，形成頂電極和硅接觸電極(6)；也可以先沉積電極材料，再利用光刻和刻蝕技術圖形化電極形成頂電極和硅接觸電極(6)；

(6)在絕緣層(3)上表面光刻出硅窗口陣列的圖形，用濕法或干法刻蝕絕緣層(3)形成硅窗口陣列(7)；

(7)轉移二維材料(5)到硅窗口陣列(7)上；

(8)使用光刻和刻蝕技術圖形化二維材料(5)，留下異質結陣列所在區域的二維材料(5)。

6.一種權利要求1-4任一項所述的基于絕緣層上硅襯底的二維材料/硅異質結陣列的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)在絕緣層上硅襯底的頂硅表面使用光刻技術制作條狀陣列掩膜，刻蝕未被掩膜保護的頂硅以制作頂硅形狀是若干頂硅條帶(2)的絕緣層上硅襯底(1)；

(2)在圖形化后的絕緣層上硅襯底(1)的上表面上制作硅窗口陣列掩膜和硅接觸孔掩膜，之后沉積絕緣材料并放在去膠溶液中進行剝離，留下帶有硅窗口和硅接觸孔的絕緣層；也可以先沉積絕緣材料，再利用光刻和刻蝕技術圖形化絕緣層形成帶有硅窗口和硅接觸孔的絕緣層；

(3)用光刻技術在絕緣層(3)上表面制作電極圖形掩膜，沉積電極材料，之后放在去膠溶液中剝離，形成頂電極和硅接觸電極(6)；也可以先沉積電極材料，再利用光刻和刻蝕技術圖形化電極形成頂電極和硅接觸電極(6)；

(4)轉移二維材料(5)到硅窗口陣列(7)上；

(5)使用光刻和刻蝕技術圖形化二維材料(5)，留下異質結陣列所在區域的二維材料(5)。