[发明专利]具有垂直结构的SnSe2

说明书

本发明公开了一种具有垂直结构的SnSe₂/MoSe₂新型异质结的制备方法及其场效应性能改性方法，该制备方法采用机械剥离法结合旋转转移法的湿化学合成技术手段，通过调整旋转转移法技术手段的具体实施条件，制得一种基于二维过渡金属硫族化合物Se的垂直结构范德瓦尔斯异质半导体材料，该方法较为简单安全，适用于制备一系列二维过渡金属硫族化物（TMDs）的垂直结构异质结；通过将制备的垂直结构SnSe₂/MoSe₂范德瓦尔斯异质结进行退火改性处理，选择最优的提升异质结器件的场效应性能的退火改性温度及时间参数，本发明提供的异质结的改性方法，为范德瓦尔斯异质结更深入的应用于新一代光电子器件领域指明了方向。

技术领域

本发明属于半导体材料的制备技术和性能应用提高领域，具体涉及一种SnSe₂/MoSe₂新型异质结的制备方法及其场效应性能大幅提高的方法。

背景技术

自从2004年石墨烯(Graphene)用机械剥离法成功制备以来，由于具备优良的力学、光学和电学等物理性质，使得它一经面世便得到越来越多的关注和研究。但是石墨烯的零带隙特性使其不能作为优良的场效应通道材料，尽管人们用过很多方法尝试打开石墨烯的带隙，但得到的带隙大小仅为几十毫电子伏，对应的器件的场效应开关比最大只有10³，远远小于传统Si晶体管的10⁵~10⁶。作为石墨烯的很好的替补材料，自然界提供了除石墨烯以外的一大批低维层状材料。其中二维过渡金属硫族化物(TMDs)具有特定的带隙和独特的物理性能，因此近年来成为最典型的新兴二维材料体系。二维过渡金属硫族化物是一组具有化学式MX₂的材料，其中M是金属元素，包括IVB族（Ti，Zr，Hf），VB族（V，Nb，Ta），VIB（Mo，W等）和IVA（Sn等），而X是硫族元素（S，Se，Te）。目前国际上研究的金属硫族化合物代表材料是MoS₂，WS₂，SnS₂，MoSe₂，WSe₂等。其中，MoS₂是二维TMDs家族中关注研究最为集中的材料。单层MoS₂包含两层S原子夹杂着一层Mo原子，基本单元是三棱柱结构，如图1所示。单层MoS₂具有直接带隙，大小为1.8 eV，因此MoS₂可以弥补石墨烯的缺点，是非常有前景的电荷通道材料。2011年，A. Kis制作了第一支单层MoS₂晶体管，发现它的开关比达到10⁸，如图2所示，电子迁移率达到217 cm²/Vs，亚阈值摆幅仅为74 mV/dec，接近于传统半导体晶体管的理论极限值60 mV/dec。随后,二维TMDs半导体材料WS₂、WSe₂、MoSe₂等TMDs家族成员逐渐被发现并得到大量的研究。它们的电子结构与MoS₂类似，单层状态时都为直接带隙半导体，体材料为间接带隙半导体，而且都表现出优良的光学和电学性能。

近年来，由不同二维少层、多层材料垂直叠加而成的范德瓦尔斯异质结的制备与应用也迅速发展起来。范德瓦尔斯异质结是由不同二维少层、多层垂直叠加在一起形成的，它可以继承单一组分优良的光电性质，也可以表现出独特的器件功能。每层中的强烈共价键使其具有面内稳定性，层与层之间以较弱的范德瓦尔斯力结合在一起。这些人工异质结具有优良的光学和电学性能，使它们能够广泛应用在光电子器件中：如光电二极管、光伏电池和发光二极管LEDs等等。由于二维半导体材料及其范德瓦尔斯异质结具有优良独特的物理性能，在未来的光电子器件中，包括晶体管、光探测、光开关和光伏电池等领域中具有不可估量的应用前景。它们在未来的纳米电子和光电子领域中具有重要的应用价值。