[发明专利]一种晶圆尺寸2H-MoTe2

说明书

本发明公开了一种晶圆尺寸2H‑MoTe₂及分子束外延制备方法，在GaN衬底上，通过预先沉积Te缓冲层，并保持衬底温度和腔体真空度，立即向生长有Te缓冲层的GaN衬底沉积Te和Mo生长MoTe₂，分别控制Te蒸发源在Te缓冲层上生长MoTe₂的蒸发温度和Mo蒸发源的功率，来精确调控Te蒸发源和Mo蒸发源的蒸发速率，实现了晶圆尺寸、原子级平整、厚度均匀可控的外延二维半导体2H‑MoTe₂的制备。本发明能够实现对2H‑MoTe₂层厚的精准控制，克服了传统制备方法的样品尺寸小、纯净度低和多相混合及层厚难以调控的缺点，满足了芯片领域的器件阵列化和集成化的基本要求。

技术领域

本发明属于层状二维半导体材料制备技术领域，特别涉及一种晶圆尺寸2H-MoTe₂及分子束外延制备方法。

背景技术

自2004年发现单层石墨烯以来，层状二维材料因其在后摩尔时代微电子器件中潜在重大应用引起了工业界的重视。过渡金属硫族化合物(TMDC)材料为层状二维材料中的一类，其中包括MoS₂、MoTe₂等诸多成员，涵盖了丰富的物理特性，在量子输运、自旋电子学、光电传感器件等领域展示了其优异的性能。二碲化钼(MoTe₂₎作为TMDC中的一种，其在室温下存在两种基本结构，分别为1T’，2H。1T’-MoTe₂为半金属，导电性较好，电子迁移率较高；2H-MoTe₂为半导体，单层的2H-MoTe₂为直接带隙半导体，带隙约为1.1eV，与硅的带隙非常接近，所以2H-MoTe₂有望应用于新型亚纳米尺度场效应器件、柔性光电器件等领域。

对于不同领域研究和产品开发的具体要求，例如单器件中外场调控的量子效应探索和大规模集成的器件应用，大尺寸、均匀性高、层厚可控的2H-MoTe₂的制备是必不可少的前提。但由于二碲化钼的1T’相与2H相之间的能量非常接近，而且原子级精确的层厚调控要求原位监控，制备大面积、原子级平整、纯2H相且层厚可控的二碲化钼当前仍面临技术困难。近年来，人们已经提出了关于2H-MoTe₂的不同制备方法。例如，题为“一种单晶二维半导体碲化钼薄膜与任意晶格失配单晶基底异质集成的方法”的中国专利申请CN114373828A公开了先用磁控溅射在衬底上镀上Mo薄膜后，在使用CVD方法碲化得到二碲化钼，但是由于其无法原位实时监控测量，且无法对膜厚精确控制。又如，题为“一种大面积二碲化钼的PLD制备方法”的中国专利申请CN114807848A公开了一种用PLD方法制备了二碲化钼，该方法不但膜厚无法监控，且粗糙度无法达到原子级平整，均匀性较低。此外，以上两种方法均为两步法制备样品，两个步骤之间样品不可避免的暴露于易于污染的大气环境，并非全程真空，无法确保样品的原子级平整度和样品与衬底界面是否干净。

因此，开发出一种制备大尺寸、均匀性高、层厚可控、且工艺可靠的纯半导体相的2H-MoTe₂的制备方法是目前亟待解决的问题。

发明内容

本发明针对现存2H-MoTe₂制备存在尺寸小、多相混合、均匀性低、层厚难以调控等问题，提供了一种晶圆尺寸2H-MoTe₂的分子束外延制备方法，通过向GaN衬底生长Te缓冲层，并系统优化束流比、蒸发速率和退火温度等生长参数，实现在GaN衬底上的大尺寸、均匀性高、层厚可精确调控的2H-MoTe₂的制备。

本发明是通过下述技术方案来实现的。

本发明一方面，提供了一种晶圆尺寸2H-MoTe₂的分子束外延制备方法，包括以下步骤：

(a)对GaN(0001)衬底进行清洗处理，干燥后转移到分子束外延制备腔体中；