[发明专利]一种二维二碲化钼垂直异质结及其制备方法和应用

说明书

本发明属于二维材料领域，并具体公开了一种二维二碲化钼垂直异质结及其制备方法和应用，其包括1T’‑MoTe₂和2H‑MoTe₂两部分，且两部分间通过层间范德华力连接；制备步骤：S1将四钼酸铵和氯化钠的混合溶液烘干后作为钼源放入反应器，并在钼源上放置生长基底，将碲粉作为碲源放入反应器并置于钼源的上游；S2将钼源和碲源处温度升高到反应温度后自然降温至室温，同时向反应器中通入载气以将碲源带至钼源处，并通入还原剂，在生长基底上生成二维二碲化钼垂直异质结。本发明制备出的金属相和半导体相垂直堆垛的MoTe₂异质结构，可以有效降低金属电极和材料接触的肖特基势垒，为改善金属‑半导体接触提供了重要的思路。

技术领域

本发明属于二维材料领域，更具体地，涉及一种二维二碲化钼垂直异质结及其制备方法和应用。

背景技术

在构筑半导体材料的微纳器件时，金属与半导体接触是制作半导体器件中十分重要的的问题，接触情况直接影响到器件性能。从性质上可以将金属半导体接触分为欧姆接触与肖特基接触，其中，肖特基接触的特点是接触区的电流电压特性是非线性的，呈现出类似于结电压电流效应，也称为整流效应；欧姆接触的特点是电流电压的特性是线性的，即接触类似于一个电阻的串联。欧姆接触产生时，金属电极与半导体本身之间不存在明显的电压降，当器件工作时，电压降应该主要落在器件的有源区中，在金属与半导体表面产生的电压降相比可以忽略。欧姆接触不会使器件的电压电流特性产生变化，也不会影响器件中半导体的平衡载流子浓度。在如今的半导体器件领域，获得理想的欧姆接触仍然是难题之一。

通过构筑金属/半导体异质结的方法，将电极直接搭在金属性的材料上来降低肖特基势垒，是得到低肖特基势垒接触器件非常好的途径。MoTe₂作为一种典型的二维材料，其常见的晶体结构有1T，1T’，2H和3R等，其中研究较多的是在常温下具有稳定结构的半导体性的2H相和金属性的1T相，相较于其他的二维材料，单晶二维MoTe₂的合成一直是一个挑战。对于MoTe₂而言，由于Mo原子和Te原子的化学反应活性低，两元素之间的电负性差异也很小(小于0.3eV)，导致MoTe₂中Mo-Te键不稳定，在高温下容易失去Te；同时，由于MoTe₂半导体性的2H相和金属性的1T’相之间的能量差非常小，在生长的过程中，两相极易发生转变，想得纯相的MoTe₂较为困难。对于两相的生长而言，理论计算和实验研究表明，在较低温度时倾向于得到2H-MoTe₂，而在较高温度时更容易得到1T’-MoTe₂；在实际的CVD实验中发现，2H-MoTe₂比较难得到，这是因为在CVD反应中要得到2H-MoTe₂，需要保证在整个反应过程中保持足够的碲源供给，并且需严格控制升温速率和反应温度。之前的研究人员已经通过CVD的方法分别得到了1T’-MoTe₂和2H-MoTe₂二维单晶，同时2H-MoTe₂作为半导体相，具有很好的光电性能，应用广泛。但是在制作微纳器件时，2H-MoTe₂和金属电极接触，在接触界面处产生肖特基势垒，影响载流子的迁移从而影响器件的光电性能，而金属性的1T’-MoTe₂载流子浓度较高，与金属电极接触，理论上可以实现欧姆接触。因此，如何降低2H-MoTe₂器件的肖特基势垒，对于MoTe₂的研究具有重要意义。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种二维二碲化钼垂直异质结及其制备方法和应用，其目的在于，通过设置钼源和碲源及合适的反应条件，制备出金属相和半导体相垂直堆垛的MoTe₂异质结构，可以有效降低金属电极和材料接触的肖特基势垒，为改善金属-半导体接触提供了重要的思路。