[发明专利]一种二维异质结阵列器件及其制备方法

说明书

本发明公开了一种二维半导体异质结阵列器件及其制备方法，所述二维半导体异质结阵列器件包含衬底、位于衬底上的沟道材料层陈列，间隔的位于每个沟道材料层上的两个接触层，以及分别位于两个接触层上的源极电极和漏极电极，沟道材料层与接触层为一体成型的WSe₂/SnS₂异质结材料，其中沟道材料层的材料为WSe₂材料，接触层的材料为SnS₂材料。SnS₂作为金属电极和底层WSe₂材料之间的接触层，起到保护与电极接触部分的材料、降低接触电阻、提升器件性能的作用。

技术领域

本发明涉及一种二维半导体异质结阵列器件及其制备方法，属于二维场效应晶体管制备技术领域。

背景技术

二维材料通常指在两个维度上处于纳米尺度范围(1-100nm)的材料，它是伴随着2004年曼彻斯特大学Geim小组成功分离出单原子层材料——石墨烯而提出的，目前制备获取二维材料的方法主要有机械剥离法、化学气相沉积法、物理气相沉积法、溶液法等。二维材料相比于块体材料有着诸多的优势，如原子级厚度的结构对于短沟道效应有着天然的免疫效果，优异的机械强度使其在柔性可穿戴电子设备领域有着巨大的应用潜力。然而单一的二维材料往往难以满足实际应用中的需求，由于二维层状材料表面无悬挂键，可以通过范德华堆垛自由组合，因此将不同二维材料组装成异质结构的思路应运而生。二维材料异质结为探索单一二维材料所不具备的物理特性提供了极佳的平台。

TMD是指过渡金属二硫属化物(transition-metal dichalcogenide)，过渡金属包括钼(Molybdenum)、钒(Vanadium)等；硫属指周期表硫一栏的元素；TMD材料的单位晶格包括一个过渡金属原子和两个硫属元素原子，其种类繁多，按照其电学性质可分为金属型TMD材料——如二硒化铌(NbS₂)二碲化钒(VTe₂)和半导体型TMD材料——如二硫化钼(MoS₂)、二硒化钨(WSe₂)等。

等离子刻蚀(plasma etching)一般是采用高频辉光放电反应，使反应气体(常见的有氧气、氩气等)激活成为原子或游离基等活性粒子，这些活性粒子扩散并吸附到需要刻蚀的部位，并与被刻蚀材料反应，形成挥发性反应物解吸附，最终反应物离开被刻蚀物质表面并被排出腔体。等离子刻蚀一般应用于对材料或器件进行结构化处理。

气相沉积技术是获取二维材料的重要途径，按照过程的本质可分为化学气相沉积(CVD)和物理气相沉积(PVD)两大类，主要是利用气相中发生的物理、化学变化过程在目标表面沉积成膜，具有成本低、产率高、可大面积制备二维材料等优点，因此在二维材料制备领域受到了广泛的重视与研究。

二维场效应晶体管是基于二维材料制作的三端器件，与传统的硅基FET相似，二维场效应晶体管包括Si背栅、SiO₂绝缘层、沟道半导体材料、源极金属电极和漏极金属电极，工作原理为：背栅Si上的栅压会对沟道半导体材料进行掺杂，从而控制沟道载流子浓度大小，导致流过源极和漏极电极的电流大小发生变化，最终实现类似开关的功能。与传统的硅基场效应晶体管相比，二维场效应晶体管由于二维材料原子级厚度，对短沟道效应具有天然屏蔽的作用，从而有望打破摩尔定律，发展高密度、大规模的集成电路技术。

目前，利用气相沉积法制备的二维材料普遍存在尺寸不可控、缺陷多等缺点，基于此构建的场效应晶体管非标准、性能差，其电学性能远低于预期，导致利用常规方法基于气相法二维材料很难构建高性能、阵列化的场效应晶体管。

因此有必要提供一种利用二维半导体异质结可控制备高性能阵列器件的方法来解决上述问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种高性能、阵列化的二维半导体异质结阵列器件及其制备方法，所提供的制备方法简单可控、效率高，适应性强。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：