[发明专利]非对称范德华异质结器件、其制备方法及用途

说明书

本发明提供一种非对称范德华异质结器件，包括从下到上依次设置的石墨烯纳米片、六方氮化硼纳米片、二硫化钼纳米片、二碲化钼纳米片；所述石墨烯纳米片和六方氮化硼纳米片、二硫化钼纳米片、二碲化钼纳米片有重叠的区域；二硫化钼纳米片面积大于所述二碲化钼纳米片，二硫化钼纳米片有部分区域不与二碲化钼纳米片重叠。本发明还提供所述非对称范德华异质结器件的制备和应用。本发明的非对称范德华异质结器件可以实现超高性能与多种功能的有机统一。工作为晶体管时，器件展现出超高电流开关比，超小亚阈值摆幅以及明显的负跨导行为。工作为整流器时，器件展现出超高电流整流比。工作为存储器时，器件展现出超高的擦除/写入电流比和电流整流比。

技术领域

本发明属于半导体材料技术领域，具体涉及一种非对称范德华异质结器件及其制备和应用。

背景技术

由于新颖的性能和与硅基技术高度的兼容性，二维层状材料在场效应晶体管、存储器和光电探测器等领域展示出巨大的应用前景。更重要的是，这些超薄的二维材料可以通过范德华力自由组装，形成超薄的范德华异质结。通过选择具有不同性质的二维材料和特定的组装方式，各自独特的功能可以有机的结合在一起。从这一研究角度出发，范德华异质结为我们提供了一个全新的平台去研究新型电子和光电子器件性质。

目前，对高性能范德华异质结的研究主要局限于单一的功能。例如，石墨烯/二硫化钨/石墨烯结构可用作具有高电流开关比(10⁶)的晶体管；二硫化钼/黑磷结构可用作具有高整流比(4×10⁵)的整流器；石墨烯/六方氮化硼/二硫化钼结构可用作具有高擦除/写入电流比(10⁴)的浮栅存储器。

最近，一些可同时实现多种功能的新型异质结构引起了人们越来越多的关注。例如高电流整流比(4×10⁵)和高电流开关比(10⁷)可以同时在二硫化钼/黑磷垂直结构中实现。另外一个例子，基于石墨烯/六方氮化硼/二硒化钨结构的半浮栅晶体管展示出较大的擦除/写入电流比(10⁸)和电流整流比(10⁴)。到目前为止，大部分多功能范德华异质结器件是基于传统的载流子扩散漂移原理工作的。在多种功能上同时实现足够高性能的范德华异质结器件还未被报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的缺陷，提供一种非对称范德华异质结器件。

本发明的第二个目的是提出所述非对称范德华异质结器件的制备方法。

本发明的第三个目的是提出所述一种非对称范德华异质结器件的应用。所述非对称范德华异质结器件可工作为高性能的晶体管、整流器、光电探测器、光伏电池和存储器，实现了超高器件性能与多功能的有机统一。

实现本发明上述目的的技术方案为：

一种非对称范德华异质结器件，包括从下到上依次设置的石墨烯纳米片、六方氮化硼纳米片、二硫化钼纳米片、二碲化钼纳米片；

所述石墨烯纳米片和六方氮化硼纳米片、二硫化钼纳米片、二碲化钼纳米片有重叠的区域，且所述石墨烯纳米片面积大于所述六方氮化硼纳米片；二硫化钼纳米片面积大于所述二碲化钼纳米片，二硫化钼纳米片有部分区域不与二碲化钼纳米片重叠但与石墨烯纳米片和六方氮化硼纳米片重叠。

进一步地，所述非对称范德华异质结器件还包括三个金属电极：一个金属电极放在石墨烯纳米片上作为栅极，一个金属电极放在二硫化钼/六方氮化硼/石墨烯重叠区域上作为源极，一个金属放在二碲化钼/二硫化钼/六方氮化硼/石墨烯重叠区域上作为漏极；

所述非对称范德华异质结器件的导电沟道为二硫化钼横向沟道和二碲化钼垂直沟道的串联。

更进一步地，所述石墨烯纳米片为单层或少层石墨烯；所述金属电极的材质为金、银、铜、铬、钯、铂、铱、镍中的一种或多种。