[发明专利]二维半导体组件、光电单元与二维半导体组件的制造方法

说明书

本发明公开了一种二维半导体组件，包括：二维半导体材料层、超强酸作用层与超强酸溶液；其中，二维半导体材料层是由具半导体特性的过渡金属硫化物材料制成，且超强酸作用层是形成于二维半导体材料层之上，本发明的制造方法以氧化物材料制成超强酸作用层，并接着超强酸溶液应用于超强酸作用层，令超强酸溶液可以通过扩散作用进入超强酸作用层之中，并且，实验结果证实，利用扩散作用令超强酸溶液被包含于所述超强酸作用层之中，这样不仅可以使用超强酸溶液对二维半导体材料层执行化学处理，同时超强酸溶液于二维半导体材料层之上所实现的发光效率增强效果，其亦不会因为二维半导体材料层于进行后续制程步骤时接触水与/或有机溶剂而消失。

技术领域

本发明涉及过渡金属硫化物的技术领域，特别是涉及由过渡金属硫化物(Transition-metal dichalcogenides,TMDCs)制成的一种二维半导体组件及其应用。

背景技术

二维过渡金属硫化物具有分子式MX₂，其中M为元素周期表中的IVB-VIB族过渡金属，且X为VIA族(chalcogen)之中的硫、硒、碲。单层的二维过渡金属硫化物具有X-M-X的层状结构，层内原子以共价键键结。并且，过渡金属硫化物也可以利用凡德瓦力(van derWaals force)达成层间键结，形成多层的二维过渡金属硫化物。值得特别说明的是，二硫化钼(MoS₂)与二硒化钨(WSe₂)因具有半导体与可被调控在0.8-2.0eV的能带隙(Directoptical band gap)的特性，是以能够被应用于光伏组件、光检测器、光纤雷射、发光二极管、或穿隧式晶体管之中，以提升其组件效能。

文献一指出，二维过渡金属硫化物的缺陷状态(Defect state)是导致其光致发光(或称荧光)量子效率(Photoluminescence quantum yield)的表现仍有待改善。在此，文献一为：Kim et.al,“Highly Stable Near-Unity Photoluminescence Yield in MonolayerMoS2 by Fluoropolymer Encapsulation and Superacid Treatment”,ACS Nano,2017,11(5),pp.5179-5185。并且，文献一也同时指出以有机超强酸(Organic superacid)对二维过渡金属硫化物进行化学处理可以有效地钝化所述缺陷状态，进而提升二维过渡金属硫化物的荧光量子效率。值得特别说明的是，文献一进一步地指出，若完成有机超强酸的化学处理的二维过渡金属硫化物接着进行后续制程步骤，有机超强酸于所述二维过渡金属硫化物之上实现的增强荧光量子效率，可能会因为水或有机溶剂的影响而消失。

因此，文献一提出一种二维过渡金属硫化物的封装材料，有助于改善前述问题。图1即显示包含有机超强酸与封装材料的二维过渡金属硫化物的示意性立体结构图。如图1所示，二维过渡金属硫化物1’是形成于一基板2’之上，且所述二维过渡金属硫化物1’是包覆于一聚合物封装层3’之中。所述聚合物封装层3’的材料为CYTOP，其为一种非晶含氟聚合物(amorphous fluoropolymers)。值得说明的是，实验结果证实，利用有机超强酸对包覆有二维过渡金属硫化物1’的聚合物封装层3’进行化学处理之后，即使所述二维过渡金属硫化物1’后续被置于含有水或有机溶剂的环境之中，有机超强酸的化学处理于所述二维过渡金属硫化物1’之上实现的增强荧光量子效率，也不会因为水或有机溶剂的影响而消失。

由上述说明可知，利用聚合物封装层3’包覆形成于基板2’之上的二维过渡金属硫化物1’的确有助于保存所述化学处理于所述二维过渡金属硫化物1’之上实现的增强荧光量子效率。然而，吾人必须知道的是，二维过渡金属硫化物目前被应用在固态雷射、光检测器、发光二极管、光伏组件、或高载子迁移率晶体管之中，这些电子组件都是利用半导体制程技术所制成。因此，在实务应用上必须同时考虑所述聚合物封装层3’的高分子材料(例如:CYTOP)是否具备耐高温或耐腐蚀的特性，以及所述聚合物封装层3’的制程步骤是否可以与现有的半导体组件的制造流程相互整合。