[发明专利]一种电场可控的二维材料肖特基二极管

说明书

本发明涉及一种电场可控的二维材料肖特基二极管，包括衬底层，衬底层自下而上依次设置金属层、高介电常数材料层和单层二维半导体材料层，单层二维半导体材料层的两端分别设置金属电极A和金属电极B，单层二维半导体材料层的上部部分区域设置多层二维半导体材料层，多层二维半导体材料层与金属电极B接触。与现有技术相比，本发明肖特基二极管节省单元器件的占有空间，有利于器件高密度发展；利用外加电场诱导铁电材料极化电场激发大量载流子从而促使二维材料相变，诱导相变方法简单、可控、成本低；施加外加电场时，单层二维材料发生半导体到金属相变，实现金属电极与单层二维半导体材料的接触转变为欧姆接触，降低肖特基二极管寄生电阻。

技术领域

本发明属于半导体器件领域，具体涉及一种电场可控的二维材料肖特基二极管。

背景技术

肖特基二极管(又称SBD)，因为具有多数导电载子且在正向偏压下具有低导通电压的优点，广泛应用于电源管理集成电路中来改善电源转换效率。肖特基二极管利用金属半导体结，其提供肖特基位垒并且在金属层和掺杂半导体层之间被产生。对于具有N型半导体层的肖特基二极管，金属层充当阳极，并且N型半导体层充当阴极。通常，肖特基二极管通过容易地在正向偏置方向上传递电流和在反向偏置方向上阻断电流而像传统p-n二极管一样起作用。肖特基二极管是多数载流子器件并且不显出导致开关损耗的少数载流子行为。但目前，随着电子器件高密度发展的趋势，对单元器件占有空间的要求越来越严格，现有肖特基二极管难以满足器件高密度发展需求。此外，现有肖特基二极管制备工艺复杂，其寄生电阻大，器件在制作后不能恢复至初始状态，使其应用受限。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题而提供一种电场可控的二维材料肖特基二极管，以适应新型电子器件高速发展的需求。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种电场可控的二维材料肖特基二极管，包括衬底层，所述衬底层自下而上依次设置金属层、高介电常数材料层和单层二维半导体材料层，所述单层二维半导体材料层的两端分别设置金属电极A和金属电极B，所述单层二维半导体材料层的上部部分区域设置多层二维半导体材料层，所述多层二维半导体材料层与所述金属电极B接触；在所述衬底层施加正向电场时，所述高介电常数材料层极化，产生的极化电场诱导单层二维半导体材料层发生半导体-金属相变，所述多层二维半导体材料层仍保持半导体相，金属相的单层二维半导体材料层和半导体相的多层二维半导体材料层接触，器件成为肖特基二极管；在所述衬底层施加反向电场时，所述高介电常数材料层内极化电场消失，所述单层二维半导体材料层恢复为半导体相，器件恢复为原始状态。

优选地，所述的单层二维半导体材料层以及多层二维半导体材料层采用MoTe₂材料。

优选地，所述多层二维半导体材料层的厚度为1-3nm，通过转移或化学气相沉积法覆盖在所述单层二维半导体材料层上。

优选地，所述单层二维半导体材料层的厚度为0.5-0.7nm，采用化学液相合成法制备得到，通过转移或化学气相沉积法覆盖在所述高介电常数材料层上。

优选地，所述单层二维半导体材料层的半导体-金属相变转换能小于100毫电子伏特，所述多层二维半导体材料层不具有相变特性。

优选地，所述衬底层采用硅材料。

优选地，所述金属层为金，厚度为10-100nm。

优选地，所述高介电常数材料层采用采用PVDF-TrFE或其它介电常数大于10的铁电材料，厚度为10-100nm。

优选地，所述衬底层施加的正向电场及反向电场均大于所述高介电常数材料层的矫顽电场。