[发明专利]一种电荷俘获型的二维水平同质结整流器及制备方法

说明书

本发明提供了一种电荷俘获型的二维水平同质结整流器及制备方法，涉及半导体电子技术领域，能够在正栅电场条件下利用石墨炔和二氧化硅绝缘层对双极性二维二硒化钨进行p掺杂和n掺杂，形成的p‑n结可以获得较大的整流比且整流性能稳定；该整流器通过对二维二硒化钨同时进行n型掺杂和p型掺杂，使所述二维二硒化钨在水平方向形成p‑n同质结，从而使其输出电流随着输入漏源电压的正负分别呈现高电平和低电平，实现整流器功能该整流器通过石墨炔薄膜和二氧化硅绝缘层同时与部分二维二硒化钨接触连接，在硅栅电极施加的正向栅电场作用下实现p型和n型掺杂，从而形成同质结。本发明提供的技术方案适用于整流的过程中。

技术领域

本发明涉及半导体电子技术领域，尤其涉及一种电荷俘获型的二维水平同质结整流器及制备方法。

背景技术

p-n结是电子和光电领域中的基本构成元件，在整流器、光伏电池、二极管和晶体管中有着广泛的应用。已经发现的二维材料已经形成包括金属（如石墨烯）、半导体（如黑磷、过渡金属硫族化合物）和绝缘体（如氮化硼）的庞大家族，作为未来集成电路用的有力候选材料备受关注。而单层二维半导体的表面没有悬挂键，其单层厚度的厚度仅有~0.6nm，但仍然可以保持良好的沟道-栅介质界面，在晶体管迈入10nm技术节点时期后提供比硅高的载流子迁移率。二维材料的出现也为p-n结的研究开辟了新的前景，注入了生机和活力，目前学界已经有关于二维半导体p-n结的相关研究报道，在制备工艺方面，二维半导体p-n结可以避开高能离子注入转而采用诸如厚度工程、表面修饰和范德华界面耦合的方式；在应用方面，分离栅电极调控实现n-n结、n-p结、p-n结、p-p结之间的切换，这种可重构的功能特点是二维半导体p-n结的独有优势。二维二硒化钨作为一种双极性输运材料，可以通过分立栅电极、源漏电极掺杂、半浮栅等方式进行极性调控，但目前这些方式产生的WSe₂同质结整流性能均受到限制，基于新原理的WSe₂同质p-n结的开发很有必要。

因此，有必要研究一种电荷俘获型的二维水平同质结整流器及制备方法来应对现有技术的不足，以解决或减轻上述一个或多个问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种电荷俘获型的二维水平同质结整流器及制备方法，能够在正栅电场条件下利用石墨炔和二氧化硅绝缘层对双极性二维二硒化钨进行p掺杂和n掺杂，形成的p-n结可以获得较大的整流比且整流性能稳定。

一方面，本发明提供一种电荷俘获型的二维水平同质结整流器，所述整流器通过对二维二硒化钨同时进行n型掺杂和p型掺杂，使所述二维二硒化钨在水平方向形成p-n同质结，从而使其输出电流随着输入漏源电压的正负分别呈现高电平和低电平，实现整流器功能。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述整流器包括所述二维二硒化钨、石墨炔薄膜、绝缘层和硅栅电极；

所述硅栅电极位于底部；所述二氧化硅绝缘层铺设于所述硅栅电极上，所述石墨炔薄膜铺设于所述绝缘层上；所述二维二硒化钨铺设于所述石墨炔薄膜和所述硅绝缘层上；

所述硅栅电极用于施加正向栅电场；在所述正向栅电场作用下，所述石墨炔薄膜与对应位置的所述二维二硒化钨产生p型掺杂，所述绝缘层与对应位置的所述二维二硒化钨产生n型掺杂，使得所述二维二硒化钨在水平方向形成p-n同质结。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述整流器还包括源电极金属层和漏电极金属层，所述源电极金属层和所述漏电极金属层分设在所述二维二硒化钨的两端。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述二维二硒化钨1的厚度为5~10nm。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述的石墨炔薄膜的厚度为10~15nm。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述绝缘层为SiO₂绝缘层、HfO₂绝缘层或HfZrO绝缘层；