[发明专利]一种插入二维半导体硒化铟纳米片改善二维过渡金属硫族化合物电接触的方法

说明书

一种插入二维半导体硒化铟纳米片改善二维过渡金属硫族化合物电接触的方法。本发明属于电子和光电子领域。本发明是要解决现有改善TMDs电接触方法改善效果不明显，以及绝缘插入层厚度严格受限的技术问题。本发明方法如下：一、通过机械剥离方法制备TMDs层，通过干法转移将TMDs层转移到清洗干净的SiOsubgt;2/subgt;/Si衬底上的SiOsubgt;2/subgt;一侧，然后进行退火处理；二、通过机械剥离方法制备InSe纳米片层，然后通过光学显微镜和原子力显微镜选择所需厚度的InSe纳米片层，并通过干法转移将InSe纳米片层转移至步骤一后的TMDs层上，然后进行退火处理，退火后自然冷却至室温，得到InSe与TMDs的异质结。本发明的方法简单有效，不同于其他插入的绝缘层必须严格地限制在1‑3nm之内，可有效地改善TMDs的电接触。

技术领域

本发明属于电子和光电子领域；具体涉及一种插入二维半导体硒化铟纳米片改善二维过渡金属硫族化合物电接触的方法。

背景技术

二维过渡金属硫族化合物(TMDs)由于其特殊的物理性质在电子和光电子领域具有光明的应用前景，但是其性能严重地受限于TMDs和电极材料之间较大的接触势垒。为了提高二维TMDs功能器件(如，场效应晶体管，光电晶体管等)的性能，有效地降低TMDs和金属电极之间的接触势垒具有非常重要的意义。

迄今为止，文献报道了许多方法来改善TMDs电接触行为，包括选择具有合适功函数的金属作为电极、对TMDs进行化学掺杂(chemical doping)、一维边缘接触(edge-contact)、直接化学气相沉积制备石墨烯-TMDs或者2D金属-TMDs异质结构、相工程(phaseengineering)、在金属电极与TMDs材料之间插入超薄金属氧化层或者六方氮化硼。尽管上述方法在一定程度上起到了改善电接触行为的作用，但同时也存在着诸多挑战。例如，由于金属和TMDs之间强烈的费米能级钉扎效应，Schottky-Mott极限不能有效地指导选取不同功函数的金属作为电极以有效地降低其与TMDs之间的接触势垒；利用化学方法对TMDs进行简并掺杂可以减少势垒宽度，并且提高电子注入效率，但是其稳定性和耐久性有待提高；相工程和直接生长2D金属-TMDs平面结可以使器件中出现具有相对较小势垒的连续的异质或同质结，但是当2D金属的费米能级深度介于TMDs材料的价带和导带之间时，其效用可能并不明显，除此之外，其制备工艺依然存在挑战。

除了上述方式，在金属电极和TMDs沟道材料之间插入一个隧穿层，如宽带隙的Al₂O₃、Ta₂O₅、TiO₂、h-BN等，可以有效地减轻异质结界面处的费米能级钉扎，以及通过减少金属诱导的带隙态和界面偶极子来降低接触势垒。这种方式同样存在其局限性。首先，该方式通过权衡肖特基势垒和隧穿势垒来降低接触势垒，因此插入的金属氧化物或者h-BN的厚度被严格地限制在1-3nm。由于TMDs地疏水特性，通过原子层沉积或者其他气相沉积方式在其表面精确、均匀地生长理想厚度的金属氧化物极具挑战，在此过程中TMDs薄膜还可能在高温下损坏其原有的结构。同样地，h-BN纳米片的厚度也仅限于单、双层，无论剥离还是生长都极具挑战。其次，金属氧化物和h-BN相对较高的导带和较低的价带可能会增加n-型或p-型TMDs晶体管的隧穿电阻。

发明内容

本发明是要解决现有改善TMDs电接触方法改善效果不明显，以及绝缘插入层厚度严格受限的技术问题，而提供了一种插入二维半导体硒化铟(InSe)纳米片改善二维过渡金属硫族化合物(TMDs)电接触的方法。

本发明的一种插入二维半导体硒化铟纳米片改善二维过渡金属硫族化合物电接触的方法按以下步骤进行：

一、通过机械剥离方法制备TMDs层，通过干法转移将TMDs层转移到清洗干净的SiO₂/Si衬底上的SiO₂一侧，然后进行退火处理，退火后自然冷却至室温，备用；