[发明专利]一种基于绝缘层上硅衬底的二维材料/硅异质结阵列及其制备方法

权利要求书

1.一种基于绝缘层上硅衬底的二维材料/硅异质结阵列，包括组成阵列的若干异质结单元，其特征在于，所述异质结单元是二维材料与硅的垂直异质结；所述阵列是异质结单元的面阵阵列；

所述阵列包括绝缘层上硅衬底(1)，所述绝缘层上硅衬底(1)是将顶硅图形化成若干顶硅条带(2)的绝缘层上硅衬底，所述绝缘层上硅衬底(1)上还设有绝缘层(3)，所述绝缘层(3)中刻有硅窗口阵列(7)和硅接触孔；

所述硅窗口阵列(7)的每个硅窗口外围设有二维材料接触电极(4)，每一行/列的硅窗口外围的二维材料接触电极(4)相互连接并引出作为该行/列的公共顶电极；所述二维材料接触电极(4)上覆盖二维材料(5)，所述二维材料(5)通过所述硅窗口与所述顶硅条带(2)接触形成异质结；所述阵列中的每一列/行异质结共用同一条顶硅条带(2)，每条顶硅条带(2)均通过所述硅接触孔连接有硅接触电极(6)。

2.根据权利要求1所述的基于绝缘层上硅衬底的二维材料/硅异质结阵列，其特征在于，所述二维材料(5)为单层或多层的薄膜材料，包括单层石墨烯、多层石墨烯、宏观组装石墨烯、薄层石墨、单层或多层过渡金属硫化物、单层或多层过渡金属硒化物、单层或多层黑磷。

3.根据权利要求1所述的基于绝缘层上硅衬底的二维材料/硅异质结阵列，其特征在于，所述二维材料(5)与硅接触形成的异质结区是以阵列结构排布的感光区。

4.根据权利要求1所述的基于绝缘层上硅衬底的二维材料/硅异质结阵列，其特征在于，所述二维材料接触电极(4)和硅接触电极(6)的材质为导电金属。

5.一种权利要求1-4任一项所述的基于绝缘层上硅衬底的二维材料/硅异质结阵列的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)在绝缘层上硅衬底的顶硅表面使用光刻技术制作条状阵列掩膜，刻蚀未被掩膜保护的顶硅以制作顶硅形状是若干顶硅条带(2)的绝缘层上硅衬底(1)；

(2)将图形化后的绝缘层上硅衬底(1)的表面进行热氧化处理，之后沉积绝缘材料，以隔离相邻硅顶硅条带(2)和填充相邻顶硅条带(2)之间的间隙；

(3)通过抛光的方法平坦化，将沉积的绝缘材料上表面磨平、抛光，形成绝缘层(3)；

(4)在抛光的绝缘层(3)上表面光刻硅接触孔图形，并用湿法或干法刻蚀绝缘层形成硅接触孔，并在硅接触孔区域进行离子注入以便硅接触电极(6)和顶硅条带(2)之间形成良好的欧姆接触；

(5)用光刻技术在绝缘层(3)上表面制作电极图形掩膜，沉积电极材料，之后放在去胶溶液中剥离，形成顶电极和硅接触电极(6)；也可以先沉积电极材料，再利用光刻和刻蚀技术图形化电极形成顶电极和硅接触电极(6)；

(6)在绝缘层(3)上表面光刻出硅窗口阵列的图形，用湿法或干法刻蚀绝缘层(3)形成硅窗口阵列(7)；

(7)转移二维材料(5)到硅窗口阵列(7)上；

(8)使用光刻和刻蚀技术图形化二维材料(5)，留下异质结阵列所在区域的二维材料(5)。

6.一种权利要求1-4任一项所述的基于绝缘层上硅衬底的二维材料/硅异质结阵列的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)在绝缘层上硅衬底的顶硅表面使用光刻技术制作条状阵列掩膜，刻蚀未被掩膜保护的顶硅以制作顶硅形状是若干顶硅条带(2)的绝缘层上硅衬底(1)；

(2)在图形化后的绝缘层上硅衬底(1)的上表面上制作硅窗口阵列掩膜和硅接触孔掩膜，之后沉积绝缘材料并放在去胶溶液中进行剥离，留下带有硅窗口和硅接触孔的绝缘层；也可以先沉积绝缘材料，再利用光刻和刻蚀技术图形化绝缘层形成带有硅窗口和硅接触孔的绝缘层；

(3)用光刻技术在绝缘层(3)上表面制作电极图形掩膜，沉积电极材料，之后放在去胶溶液中剥离，形成顶电极和硅接触电极(6)；也可以先沉积电极材料，再利用光刻和刻蚀技术图形化电极形成顶电极和硅接触电极(6)；

(4)转移二维材料(5)到硅窗口阵列(7)上；

(5)使用光刻和刻蚀技术图形化二维材料(5)，留下异质结阵列所在区域的二维材料(5)。