[发明专利]一种对过渡金属硫族化物进行光学简并掺杂的方法及其应用

说明书

本发明公开了一种对过渡金属硫族化物进行光学简并掺杂的方法及其应用，通过在二维材料表面电子束蒸发沉积金纳米层，并在高温退火处理后在TMDc材料表面形成润湿性良好的金纳米薄膜。在紫外光的辐照下，金纳米层的电子由于外光电效应溢出并注入到半导体层，多余的电子对半导体形成了稳定的N型掺杂。在撤除紫外光照后，光生的富余电子仍保留在材料内，使得这种掺杂方式具有长期稳定性，同时，这种方法具有普适性，能应用于多种N型的TMDc材料。这种快速，简便，通用，稳定的掺杂新方法为二维半导体材料的研究打开了新的思路。

技术领域

本发明涉及半导体材料改性技术领域，特别是涉及一种对过渡金属硫族化物进行光学简并掺杂的方法，具体的涉及一种对二维半导体材料的N型掺杂方式。

背景技术

随着摩尔定律的发展，硅基半导体已经发展到了极限节点。近年来，具有带隙可调的半导体型二维过渡金属硫族化物(TMDs)由于其具有大的载流子迁移率，高场效应开光比，低亚阈值摆幅和有效地抑制短沟道效应被视为是下一代硅基半导体的替代品。为了实现硅基半导体的功能，对TMDs材料进行掺杂收到了广泛的关注。传统的掺杂方式有离子注入和原位生长原子替换等方式，但是对于二维材料而言，离子注入方式带来的高能粒子会破坏其晶格周期性引入空位和杂质能级等，这会大大降低材料的性能，特别是载流子迁移率。虽然研究者已经发现原位原子生长替换的方式能够有效地对材料进行N型和P型掺杂，如在MoS₂生长过程中引入铷元素替代部分钼能有效对材料进行P型掺杂，但是这种方式操作工艺复杂，而且具有特异性，不能够对材料进行选择区域掺杂。

针对二维材料原子层厚度的特点，研究者们发现表面电荷转移方式能够对二维材料进行有效地P型和N型掺杂，常用的表面电荷转移方式包括表面化合物，表面量子点，离子，纳米粒子，表面吸附气体，表面物理沉积等。然而这种表面电荷转移方式可能由于表面物质的空气不稳定性导致这种掺杂方式的不稳定性和工艺重复性差等特点，其中，表面物理层沉积进行掺杂的方式被认为是最为稳定和高效的掺杂方式。对二维材料进行表面等离子处理也是一种有效地掺杂方式，在高能等离子体的轰击下，部分离子与材料结合从而改变其电学特性，但是，这种引入的高能方式在一定程度上也会破坏其晶格结构。所以，探索一种具有普适性和稳定的掺杂方法对二维材料的改性具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种对过渡金属硫族化物进行光学简并掺杂的方法，具有工艺简单，易操作的优点。

本发明的另一个目的是提供所述光学简并掺杂的方法制备得到的电器件，所述电器件具有金-过渡金属氧化物-过渡金属硫族化物形成的MIS结构，具有强烈的光物相互作用。

本发明的另一个目的是提供所述电器件和所述方法在紫外光探测上的应用，具有紫光外响应灵敏度高的优点。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

本发明的一种对过渡金属硫族化物进行光学简并掺杂的方法，包括以下步骤：

步骤1，将纳米厚度的过渡金属硫族化物薄片转移到基底上；

步骤2，在步骤1所得器件上沉积金纳米层；

步骤3，将步骤2得到的器件进行退火处理，自室温20℃～25℃起始以5～15℃/min的速度进行升温至300℃～400℃，保温20～40分钟后，自然冷却至室温。

在上述技术方案中，所述步骤1中过渡金属硫族化物的厚度为10-50nm。

在上述技术方案中，所述步骤2中金纳米层的厚度为3-10nm。

在上述技术方案中，所述步骤1中的过渡金属硫族化物为MoS₂、ReS₂或MoSe₂。

在上述技术方案中，所述步骤1中的过渡金属硫族化物薄片通过干法转移方式复合在基底上。