[发明专利]基于准范德华接触结构的二维半导体器件及其制备方法

说明书

本发明实施例提供一种基于准范德华接触结构的二维半导体器件及其制备方法，器件的接触电极由石墨烯纳米片和金属垂直堆叠组成，金属被蒸镀在石墨烯纳米片上。该二维半导体器件，由于包含了石墨烯/金属准范德华接触结构，使得器件的一种载流子的肖特基势垒明显降低，另一种载流子的热辅助场发射激活能也表现出明显的降低，从而大大地提升了该半导体器件的性能。再者，使用六方氮化硼作为衬底时，基于该石墨烯/金属准范德华接触结构的器件表现出对衬底效应的免疫性。同时还公开了该接触结构的制备方法，通过对基于该制备方法获得的半导体器件进行性能的验证，证明了该制备方法的有效性，并且制备获得的半导体器件的性能也大大的提升。

技术领域

本发明实施例涉及无机半导体纳米材料技术领域，尤其涉及一种基于准范德华接触结构的二维半导体器件及其制备方法。

背景技术

范德华半导体材料具有原子薄层的厚度、表面无悬挂键、优异的电学和光电特性、带隙随层数可调等优点，被认为是最有前途的新一代电子器件和光电器件的沟道材料之一。

考虑到对超薄的材料进行可控掺杂的困难性，具有双极型导电性能的范德华半导体材料，如二碲化钼和二硒化钨，在单片上形成互补逻辑器件表现出巨大的潜力。然而，器件的双极型特性总是强烈地依赖于金属接触、衬底和材料厚度，表现出n端或p端主导的导电行为，从而了失去双极传输特性的优势。

肖特基势垒指载流子从金属注入沟道所必须克服的一种能量势垒，它对范德华半导体器件所显示的电学性质起着至关重要的作用。因此，人们努力探索范德华半导体/金属界面的物理性质，实现肖特基势垒高度降低的高质量接触。由于缺乏可行的掺杂方法，达到肖特基-莫特规则的极限是主要策略。尽管范德华半导体表面无悬挂键，但由于范德华半导体所沉积金属的缺陷和晶体结构的破坏，金属诱导间隙态引起的强烈的费米能级钉扎效应仍然存在。

到目前为止，人们已经提出了许多解决办法来消除费米能级钉扎效应。用石墨烯代替金属作为电极接触是一种常用的方法，因为石墨烯具有极高的载流子迁移率和优异的机械性能，并且由于石墨烯费米能级的可调性和界面的范德华性质，使得范德华半导体/石墨烯系统具有很强的功函数可调性。然而，只有通过改变栅极电压才能实现较小的肖特基势垒，这限制了石墨烯接触电极的实际应用。

在最近的一项工作中，预沉积的金属薄膜被转移到二硫化钼纳米片上，来消除直接蒸镀金属电极造成的破坏。结合聚甲基丙烯酸甲酯(简称PMMA)作为介电环境，通过改变接触金属的类型，在二硫化钼上实现接近肖特基-莫特极限，但是由于PMMA的使用，在制造过程中不能使用标准的光刻方法，这严重增加了工艺的复杂度。

发明内容

本发明实施例提供一种基于准范德华接触结构的二维半导体器件及其制备方法，用以控制二维半导体器件的载流子注入势垒，进而提高器件的性能。

本发明实施例提供一种基于石墨烯/金属准范德华接触结构的半导体器件，包括：

所述半导体器件的接触电极由石墨烯纳米片和金属垂直堆叠而成，所述金属垂直蒸镀在所述石墨烯上。

本发明实施例提供一种制备基于准范德华接触结构的二维半导体器件的方法，其特征在于，包括：

S1，按照从下到上的顺序依次堆叠六方氮化硼纳米片、二碲化钼纳米片或二硒化钨纳米片、石墨烯纳米片和所述金属；

S2，所述六方氮化硼纳米片、所述二碲化钼纳米片或所述二硒化钨纳米片、所述石墨烯纳米片和所述金属必须有垂直重叠的区域，获得所述二维半导体器件的石墨烯/金属准范德华接触电极。