[发明专利]MoS2/SiO2/Si异质结光电储存器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光电存储器，特别涉及一种MoS₂/SiO₂/Si异质结光电存储器及其制备方法。

背景技术

MoS₂，又称为辉钼，常温下呈金属光泽的黑色固体物质，具有优异的化学稳定性、热稳定性(熔点1185℃)和润滑性，通常用于机械、切削工具的表面涂层或润滑剂。结构上，辉钼呈六方密堆积的石墨层状结构，层与层间由弱相互作用的范德瓦耳斯力相结合。与石墨容易剥离为单原子层的石墨烯相似，通过微机械剥离辉钼也容易成为单层MoS₂膜[S.Bertolazzi,J.Brivio,A.Kis,Stretching and Breaking of Ultrathin MoS₂,ACS Nano,V.5(12):9703-9709,2011.]。单层MoS₂为S-Mo-S三原子共价键结合的正六边形平面结构，厚度仅为0.65nm。块体MoS₂为间接带隙(1.2eV)半导体，由于量子限域效应，单层MoS₂转变为直接带隙(1.8eV)[K.F.Mak,C.Lee,J.Hone,J.Shan,T.F.Heinz,Atomically thin MoS₂:a new direct-gap semiconductor.Phys.Rev.Lett.V.105:136805-08,2010]。

硅光电存储器以制备工艺成熟、寿命长等优势一直占有90％以上的市场份额。现有光电存储器存在不足，其光敏单元和存储单元为两个独立不同的器件构成，光敏单元一般由光电二极管接收光信号并将其转换成电信号；而存储单元一般由电荷耦合器件(CCD)构成，实现电荷的存储和读出。这种结构使光电存储器结构、工艺以及控制逻辑单元很复杂，成本高，并且不能满足人们对器件在超薄、柔性、透明、可穿戴等方面的要求。因此，需要利用新材料设计制作光敏单元与存储单元一体化的新型存储器。

发明内容

本发明公开了新型MoS₂/SiO₂/Si异质结光电存储器及其制备方法；以超薄MoS₂二维材料作为光敏单元，吸收光信号并将其转变为电信号；以SiO₂/Si界面势阱为电荷存储器，存储光敏单元转变的信号电荷，制作了光敏单元与存储单元一体化的新型存储器，从而极大简化了光电储存器的结构、制作工艺与成本。

本发明采用如下技术方案：

一种MoS₂/SiO₂/Si异质结光电储存器的制备方法，包括如下步骤：

(1)于700～900℃下，在清洁的Si片表面通入氧气，制备得到表面带有SiO₂膜层的Si片；

(2)在带有SiO₂膜层的Si片的SiO₂膜表面制备MoS₂薄膜，得到MoS₂/SiO₂/Si异质结；

(3)在MoS₂/SiO₂/Si异质结上制备电极，得到MoS₂/SiO₂/Si异质结光电储存器。

上述技术方案中，所述清洁的Si片由以下方式制备，依次用有机溶剂、去离子水超声波清洗Si片，然后用吹干，然后于真空下、于200～300℃加热，得到清洁的Si片，具体为依次用丙酮、乙醇、去离子水超声波清洗Si片，然后用氮气吹干，然后于10^-2Pa真空度下、于300℃维持10分钟，得到清洁的Si片。

上述技术方案中，步骤(1)中，所述氧气的纯度大于99.999％；所述氧气的流量为20～80cm³/s；制备温度为700～950℃，制备时间为20～40分钟，所述SiO₂膜层厚度为200～500nm。