[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

说明书

本发明公开了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，属于半导体技术领域，包括：源极：空穴注入的单层硼烯，漏极：电子注入的单层C₄N₄，光敏结构：包括本征单层硼烯与本征单层C₄N₄垂直堆叠形成的范德华异质结；以及分别与本征单层硼烯和C₄N₄连接的源漏极；其中硼烯和C₄N₄的能带结构呈现交错方式的能带重排。其中，在硼烯的上表面设置以HfO₂为材质的介电层和上金属电极作为顶栅，在C₄N₄的下表面设置以BN为材质的介电层和下金属电极作为底栅，形成双栅极结构。分别在上下表面的栅极上设置门电压，通过双门压调控发光二极管电子传输的非对称性；本发明的结构能够解决现有技术中无法有效调控范德华异质结层间肖特基势垒的问题。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种利用高肖特基势垒提高光吸收强度和光电流的范德华异质结的光电二极管器件结构。

背景技术

二维材料是一大类材料的统称，指的是在一个维度上材料尺寸减小到极限的原子层厚度，而在其他两个维度上材料尺寸相对较大，最典型也是最早实验证明的二维材料是石墨烯。除石墨烯之外，其他的二维材料还包括：单元素的硅烯、锗烯、锡烯、硼烯和黑磷等，过渡金属硫族化合物如MoS₂、WSe₂、ReS₂、PtSe₂、 NbSe₂等，主族金属硫族化合物如GaS、InSe、SnS、SnS₂等，以及其他二维材料如h-BN、CrI₃、NiPS₃、Bi₂O₂Se等。这些二维材料具有完全不同的能带结构以及电学性质，覆盖了从超导体、金属、半金属、半导体到绝缘体等材料类型。同时，它们也具有优异的光学、力学、热学、磁学等性质。把不同的二维材料通过弱范德华作用力(存在于中性分子或原子之间的弱相互作用)堆叠在一起形成范德华异质结。与普通异质结相比，范德华异质结是利用多维度材料的范德华整合策略来摆脱异质结中不同材料间的晶格失配和加工工艺的限制等问题的影响。

这种新型的二维半导体范德华异质结在光电子器件领域得到广泛应用，诸如二极管、光电二极管、双极性晶体管以及太阳能电池等。例如，将p型黑磷与n 型PdSe₂垂直堆叠构建范德华异质结发光二极管，对波长532nm的可见光响应达到9.6×10⁵AW^-1。但是上述二维半导体范德华异质结应用于光电二极管还存在以下问题：不同材料间的费米钉扎效应导致范德华异质结上存在的肖特基势垒难以调控。肖特基势垒的高度直接决定了范德华异质结上光电流和暗电流的差值。因此，高肖特基势垒可以促进提高光电二极管的光信号强度。然而与此同时，高肖特基势垒往往会降低电子在范德华异质结上的传输效率，降低光电二极管的光电流绝对值。

在不降低电子传输效率的前提下，提高范德华异质结的层间肖特基势垒是本领域技术人员期望克服的。

发明内容

为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种兼具高电子传输效率和高肖特基势垒的范德华异质结光电二极管器件结构，解决现有技术中无法有效调控范德华异质结层间肖特基势垒的问题。

本发明是这样实现的：