[发明专利]二维材料元件和半导体器件

说明书

本发明提供二维材料元件和半导体器件。根据示例实施方式，二维(2D)材料元件可以包括彼此化学地接合的第一2D材料和第二2D材料。第一2D材料可以包括第一金属硫属元素化物基材料。第二2D材料可以包括第二金属硫属元素化物基材料。第二2D材料可以接合至第一2D材料的侧面。2D材料元件可以具有PN结结构。2D材料元件可以包括具有不同带隙的多种2D材料。

本申请要求2013年11月5日在韩国知识产权局提交的第10-2013-133830号韩国专利申请的优先权，其公开通过引用被全文合并于此。

技术领域

本公开涉及二维材料、形成二维材料的方法和/或包括二维材料的器件。

背景技术

二维(2D)材料是其中原子形成晶体结构的单层或半层固体材料。2D材料的最著名的示例是石墨烯。石墨烯可以是单层(例如单原子层)结构,其中碳原子形成六角形结构。石墨烯可以具有关于狄拉克点对称的能带结构，并且在狄拉克点处电荷的有效质量非常小。因此，石墨烯可以具有是硅(Si)的至少10倍或更多倍(甚至可以是1000倍或更多倍)的电荷迁移率。此外，石墨烯可以具有非常高的费米速度(V_F)。因此，石墨烯作为下一代材料已经引起了关注。

除了对石墨烯的研究，也正在研究和开发具有绝缘性能或半导体性能的各种2D材料。对2D材料的研究通常包括呈薄片状态(形状)的2D材料的基本材料性能的确定和用于大规模生长的生长2D材料的方法的开发。近来，对2D材料的研究已经扩展到不同2D材料的层叠。然而，为了将2D材料实际应用于器件，需要解决各种问题，诸如2D材料之间或2D材料与另一材料之间的界面问题和2D材料的转移问题。

发明内容

示例实施方式涉及具有优异的电/物理性能的二维(2D)材料元件。

示例实施方式涉及2D材料元件，其中不同的2D材料彼此化学地接合。

示例实施方式涉及能够解决界面问题的2D材料元件。

示例实施方式涉及具有PN结结构的2D材料元件。

示例实施方式涉及用于容易的带隙控制的2D材料元件。

示例实施方式涉及包括具有不同带隙的区域的2D材料元件。

示例实施方式涉及用于形成2D材料的方法。

示例实施方式涉及2D材料被应用于其的器件(半导体器件)。

附加的方面部分地将在随后的说明中被阐述，部分地将从该说明而显见，或者可以通过对示例实施方式的实践而被知晓。

根据示例实施方式，一种二维(2D)材料元件包括：包括第一金属硫属元素化物基材料的第一2D材料；以及接合至第一2D材料的侧面的第二2D材料。第二2D材料包括第二金属硫属元素化物基材料。第一2D材料和第二2D材料彼此化学地接合。

在示例实施方式中，第一2D材料和第二2D材料可以彼此共价地接合。

在示例实施方式，第一2D材料和第二2D材料可以彼此原子间地接合，第一2D材料和第二2D材料可以在第一2D材料和第二2D材料之间的接合部分具有连续的晶体结构。

在示例实施方式中，第一金属硫属元素化物基材料可以是第一过渡金属二硫属元素化物(TMDC)材料，第二金属硫属元素化物基材料可以是第二过渡金属二硫属元素化物(TMDC)材料，第一和第二金属二硫属元素化物(TMDC)材料可以彼此不同。

在示例实施方式中，第一金属硫属元素化物基材料和第二金属硫属元素化物基材料中的至少一个可以包括：包括Mo、W、Nb、V、Ta、Ti、Zr、Hf、Tc、Re、Cu、Ga、In、Sn、Ge和Pb之一的金属原子，以及包括S、Se和Te之一的硫属元素原子。