[发明专利]垂直GeSe/MoS2 p-n异质结构

说明书

本发明公开了一种垂直GeSe/MoS₂p‑n异质结构，由GeSe层、MoS₂层、四个金属电极、SiO₂/Si衬底组成；所述的MoS₂层位于衬底上，GeSe层与MoS₂层垂直异质，GeSe层与MoS₂层两端分别与金属电极接触；所述的异质结构利用GeSe中的自然p型掺杂和MoS2中的n型掺杂，创建了所述的新GeSe/MoS2pn异质结，GeSe和MoS₂之间的II型能带对准以及这两种材料中的互补自然掺杂可以使垂直隧穿场效应管p‑n结突变和缩短屏蔽隧道长度，适用于低功耗应用；在室温下，GeSe/MoS₂p‑n异质结的IV曲线类似于典型的p‑n二极管特性，正向偏压(>100nA)的电流呈指数增加，反向偏压(～1nA)的电流小，具有整流特性。

技术领域

本发明涉及半导体异质结构，特别涉及一种垂直GeSe/MoS₂ p-n异质结构。

背景技术

分层IV组单卤代化合物是一种新兴的材料平台。与石墨烯，过渡金属二硫化物和黑磷相比，层状单硫化物如SnS，SnSe，GeS和GeSe具有许多独特的电学，热学和光学性质，可用于各种应用，特别的，层状单硫族化合物具有斜方晶系结构并具有异常高的Grüneisen参数，导致超低的热导率和极高的热电品质因数，这使得它们有望用于热电应用。层状IV族单卤化物的带隙在0.5到1.5eV的范围内，与太阳光谱相当，这使得它们对太阳能电池和光电探测器也很有吸引力。此外，一些层状单硫族化合物的有效质量远小于过渡金属二硫化物的有效质量，导致电子应用中更高的载流子迁移率。在层状单卤化物中，GeSe是窄带隙半导体，对于近红外光电探测器和电子隧道器件特别有吸引力。GeSe在体中具有1.08eV的间接带隙，在单层中具有～1.7eV的直接带隙。具有化学计量组成的单晶GeSe在300K时具有95cm2/Vs的空穴迁移率，在112K具有663cm 2/Vs的空穴迁移率。理论上，据预测，单层GeSe的平均空穴迁移率在300K时高达1.1x103cm2/Vs。据报道，GeSe沿垂直于平面方向具有高的光响应性，尽管对单层GeSe晶体进行了大量研究并对单层进行了理论计算，但对GeSe和GeSe异质结构的各向异性电流传输的实验研究仍未实现。

发明内容

发明目的：本发明提供了一种具有各向异性和超陡的亚阈值摆幅的垂直GeSe/MoS₂ p-n异质结构。

技术方案：本发明由GeSe层、MoS₂层、四个金属电极、衬底组成；所述的MoS₂呈位于衬底上，GeSe层与MoS₂层垂直异质，GeSe层与MoS₂层两端分别与四个金属电极接触。

进一步的，所述的GeSe层为单层，MoS₂层为单层。

进一步的，所述的金属电极通过电子束光刻，金属沉积和剥离形成。

进一步的，所述的金属电极由25nm-35nm钛和15nm-25nm金组成。

进一步的，所述的衬底为SiO₂/Si。

进一步的，所述的GeSe/MoS₂ p-n异质结构能够实现互补金属氧化物半导体电路。

有益效果：与现有技术相比，本发明有以下显著效果：GeSe和MoS₂之间的II型能带对准以及这两种材料中的互补自然掺杂可以使垂直隧穿场效应管pn结突变和缩短屏蔽隧道长度，并且这些隧穿场效应管具有超陡的亚阈值摆幅特性，适用于低功耗应用；在室温下，GeSe/MoS₂ p-n异质结的IV曲线类似于典型的p-n二极管特性，正向偏压(>100nA)的电流呈指数增加，反向偏压(～1nA)的电流小，具有整流特性。

附图说明