[发明专利]一种表面吸附锂离子的范德华异质结光电二极管器件结构

权利要求书

1.一种表面吸附锂离子的范德华异质结光电二极管器件结构，其特征在于，所述的结构包括单层硼烯(3)，以及与单层硼烯(3)进行垂直堆叠的单层C₄N₄(4)，所述的单层硼烯(3)与单层C₄N₄(4)进行垂直堆叠形成范德华异质结(10)，所述的单层硼烯(3)和单层C₄N₄(4)的能带结构呈现交错方式的能带重排；

所述的单层硼烯(3)的上表面设置顶介电层(7)；顶介电层(7)上表面设置上金属电极(5)，顶介电层(7)及其与之相接触的上金属电极(5)共同组成顶栅电极；

所述的单层C₄N₄(4)的下表面设置底介电层(8)；底介电层(8)下表面设置下金属电极(6)，底介电层(8)及其与之相接触的下金属电极(6)共同组成底栅电极；

顶栅电极以及底栅电极形成双栅极结构，所述的顶栅电极以及底栅电极至上而下覆盖的区域形成光电二极管的通道区域(9)。

2.根据权利要求1所述的一种表面吸附锂离子的范德华异质结光电二极管器件结构，其特征在于，所述的顶介电层(7)的厚度为4-100nm，具体的，所述的顶介电层(7)由介电常数为30-50的HfO₂构成，HfO₂层的上表面设置厚度为4-100nm的上金属电极(5)，HfO₂层及其与之相接触的金属电极共同组成顶栅电极。

3.根据权利要求1所述的一种表面吸附锂离子的范德华异质结光电二极管器件结构，其特征在于，所述的底介电层(8)的厚度为4-100nm，具体的，所述的底介电层(8)由介电常数为1-10的BN构成，在BN层的下表面设置厚度为4-100nm的下金属电极(6)，BN层及其与之相连的金属电极共同构成底栅电极。

4.根据权利要求1所述的一种表面吸附锂离子的范德华异质结光电二极管器件结构，其特征在于，所述的单层硼烯(3)的始端注入空穴作为光电二极管的源极(1)，空穴掺杂浓度为1.0×10¹⁸-5.0×10²²e/cm³；所述的单层C₄N₄(4)的末端注入电子作为光电二极管的漏极(2)，电子掺杂浓度为1.0×10¹⁸-5.0×10²²e/cm³。

5.根据权利要求1所述的一种表面吸附锂离子的范德华异质结光电二极管器件结构，其特征在于，所述的光电二极管的通道区域(9)的长度为3-20nm。

6.根据权利要求1～5任一所述的一种表面吸附锂离子的范德华异质结光电二极管器件结构，其特征在于，通过范德华异质结(10)表面吸附锂离子，降低范德华异质结层间肖特基势垒和增强光电二极管吸收光强度，锂离子的吸附位置决定光电二极管的吸收光强度，具体的方法为：

步骤一、建立不同锂离子吸附位置的硼烯-C₄N₄范德华异质结晶胞模型：采用PBE-GGA泛函，利用广义梯度近似方法计算锂离子吸附的硼烯-C₄N₄范德华异质结晶胞中的B、C、N原子和Li离子的电子交换关联势，优化各吸附位置的晶胞结构至原子间力小于晶格张力小于5.0×10^-3GPa；

步骤二、将晶胞沿平面方向重复10-40次，始端的单层硼烯和末端的单层C₄N₄作为源极和漏极构建光电二极管模型；采用PBE-GGA泛函，利用NEGF-DFT方法，在光电二极管器件结构模型的源漏极两端施加-1.0V至1.0V的偏压，进行电子输运计算得到电流-电压曲线；

步骤三、根据电流-电压曲线选择最佳的锂离子吸附位置。