[发明专利]多层二碲化钼场效应晶体管的电子-空穴可逆掺杂方法

说明书

本发明公开了多层二碲化钼场效应晶体管的电子‑空穴可逆掺杂方法，先用机械剥离的方法制备MoTe₂场效应晶体管器件，然后通过在空气中以适当的温度和时间加热MoTe₂场效应晶体管器件得到P型掺杂的MoTe₂场效应晶体管器件，再通过在扫描电镜舱室内用高压电子束对MoTe₂场效应晶体管的表面进行辐照得到N型掺杂的MoTe₂场效应晶体管器件。如此P型掺杂和N型掺杂的过程可以反复且可控，实现了多层二碲化钼场效应晶体管的电子‑空穴可逆掺杂方法，从而可以大范围地控制二碲化钼器件的电子传输极性，本发明方法简单，重复性好，所测得的二碲化钼性能好，对材料的损伤小，所需条件简单，对环境友好。

技术领域

本发明属于无机纳米材料及微电子技术领域，具体涉及MoTe₂的电子传输性能转变的控制方法。

背景技术

二维材料是一种在厚度方向上仅仅具有单个或者多个原子层，并且依靠层间的范德瓦尔斯力堆积而成的层状材料。二维材料具备以下优势：具有原子级的厚度，使其中的电荷载流子浓度和光电性质可以通过局域电场等手段进行有效的调控；带隙分布于0-6eV，可以实现较广范围的电磁光谱响应；层间是较弱的范德华作用力，不用考虑晶格匹配的限制，从而满足不同的需求和器件应用。因此，二维层状化合物在各类光电器件方面的应用受到了研究人员的广泛关注，由于其独特的晶体结构和能带特征，更是有希望成为下一代最有潜力的纳米电子器件或光电器件，例如场效应晶体管(FET)，互补金属氧化物半导体(COMS)发明者和光电探测器等。

过渡金属硫属化合物(TMDs)是一种二维层状材料，由范德华(van der Waals)力结合的原子层所组成，由于它的层与层之间没有共价键存在，因此，过渡金属硫属化合物具有非常优异的电子传输性能和光电响应性能。其中，二碲化钼(MoTe₂)是一种典型的过渡金属硫属化合物，其拥有接近硅的带隙宽度(二碲化钼的带隙约为1.0eV，硅的带隙约为1.1eV)，以及非常微弱的费米能级钉扎效应，这样能够有非常大的可调控载流子以及很高的开关比率，也具有结构稳定性和出色的传输性能，因此，MoTe₂在场效应晶体管领域内非常具有应用潜力。

具有可控的电子传输性能的单极型(N型或P型)的场效应晶体管是应用电子器件的关键部分。先前的报告表明，基于MoTe₂的场效应晶体管具有N型、P型和双极性行为。这表明可以使用有效途径来大规模调整MoTe₂的Femi能级。因此，与那些因Femi能级钉扎效应表现出单极行为的MoS₂和WS₂等其他过渡金属硫属化合物相比，MoTe₂在电子产品中拥有巨大优势。之前报道的MoTe₂的场效应晶体管的N型或P型掺杂大都通过有机小分子实现，也有采取对器件结构的改进来实现N型掺杂的，例如采用紫外光照射的浮栅。但是，这些方法要么比较复杂，要么调谐幅度有限，而且，器件的制造过程如前述紫外光照射等，还可能会改变MoTe₂的晶体结构，从而极大地影响MoTe₂的电子传输特性。

总之，现有技术中对二碲化钼器件的电子传输特性的调节方法，都存在一定的限制：要么是对于电子传输特性的单向N型或P型掺杂的调节，要么就是调控方法复杂或调控幅度小和程度低，还有可能改变MoTe₂的结构。在当前，鲜有文献报道大幅度地调节二碲化钼器件的电子传输极性、且使得二碲化钼器件在N型和P型传输特性之间实现可逆且可控转换的方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种二碲化钼场效应晶体管的电子-空穴可逆掺杂方法，能够实现二碲化钼场效应晶体管在N型和P型传输特性(N/P型极性)之间的可控且可逆转换，且能够大幅度地调节二碲化钼器件的电子传输特性，本发明方法简单高效。

为了实现以上目的，本发明采用如下技术方案：