[发明专利]一种基于二维过渡金属硫族化合物的BJT及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于二维过渡金属硫族化合物的BJT及其制备方法，属于半导体微器件领域，包括：带有介质层的单晶硅衬底及其介质层表面同种二维过渡金属硫族化合物依次横向连接的P型薄膜、N型薄膜、P型薄膜，以及位于各薄膜上表面的电极；制备方法包括：在带介质层的单晶硅衬底上表面制备遮挡层，旋涂包含硫元素和过渡金属元素的第一前驱体溶液；在所得样品的上表面旋涂光刻胶后去除遮挡层，在其上表面旋涂金属盐溶解于第一前驱体溶液形成的第二前驱体溶液，去除光刻胶；将所得样品在真空中进行激光辐照；在样品上表面制备金属电极，得到BJT。本发明使薄膜制备掺杂一步完成，解决现有二维材料BJT的制备工艺中薄膜易受损伤，影响器件性能的问题。

技术领域

本发明属于半导体微器件领域，更具体地，涉及一种基于二维过渡金属硫族化合物的BJT及其制备方法。

背景技术

二维过渡金属硫族化合物(Transition Metal Dichalcogenides，TMDCs)具有极高的电子迁移率，在光、电、化学、力学、机械等方面也有优良的性质，因此在近些年的研究中备受关注，过渡金属硫族化合物的晶体结构和原子结构类似，在半导体方面的性能也相近，例如层状过渡金属硫族化合物的带隙随着层数的变化而变化，以MoS₂为例，其带隙(1.25eV-1.8eV)随着层数变化而变化。MoS₂具有较高的载流子迁移率，目前单层MoS₂薄膜的载流子迁移率可达400cm²V^-1s^-1，多层薄膜可达500cm²V^-1s^-1。

目前，由于水平结表面态密度较少，可以有效减少载流子的复合，基于水平结的BJT对小电流的放大效果较好。现有的利用二维材料制备的BJT，其中的P区和N区所采用的往往是不同的半导体材料，所形成的PN结为异质PN结。例如，在申请公布号为CN 104617135A、发明名称为“二维材料元件和半导体器件”的专利文件中，所公开的二维材料元件中，包含第一二维材料和第二二维材料，第一二维材料是n型半导体，第二二维材料是p型半导体，第一金属硫属元素化物基材料包括第一金属原子，所述第二金属硫属元素化物基材料包括第二金属原子，并且第一和第二金属原子彼此不同；或者第一金属硫属元素化物基材料包括第一硫属元素原子，第二金属硫属元素化物基材料包括第二硫属元素原子，并且第一和第二硫属元素原子彼此不同。由此所制备的BJT中的PN结为异质PN结，在制备过程中，不可避免地需要采用定向转移工艺，而由于二维薄膜厚度极小，在转移过程中极易受到损伤，影响最终BJT器件的性能。

针对这一问题，在申请公布号为CN 108666375 A、发明名称为“一种纳米层状横向同质PN二极管及其制备方法与应用”的专利文件中，提出了一种同质PN结，其中的薄膜层包括由相同的过渡金属硫族化合物制备而成且横向连接的p型过渡金属硫族化合物膜和n型过渡金属硫族化合物膜，其制备过程中，先在介质层上原位制备n型过渡金属硫族化合物膜，之后通过对n型过渡金属硫族化合物膜中指定的部分进行低功率磁控溅射掺杂、退火形成p型过渡金属硫族化合物区域，由于省去了传统的定向转移工艺，且使用的掺杂气体为氧气，使得制备成本较低，掺杂过程对过渡金属硫族化合物膜损坏小。但是，该由于在磁控溅射掺杂的过程中，需要利用起辉气体对薄膜表面进行轰击，对薄膜仍然存在一定的损伤，并且仅在薄膜表面进行掺杂，掺杂浓度也不易精确控制。此外，由于利用化学气相沉积(CVD)制备n型过渡金属硫族化合物膜，薄膜面积往往只能达到μm量级，这使得所制备的器件在实际应用中受到了很大的限制。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种基于二维过渡金属硫族化合物的BJT及其制备方法，其目的在于，降低纳米层状过渡金属硫族化合物横向同质BJT中薄膜在制备过程中的损伤程度，提高器件性能和稳定性，并实现掺杂浓度可控。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于二维过渡金属硫族化合物的BJT，包括：带有介质层的单晶硅衬底；