[发明专利]基于碲纳米片的二维范德华双极型晶体管及其构筑方法

说明书

本发明公开了一种基于碲纳米片的二维范德华双极型晶体管及其构筑方法，属于半导体材料技术领域，本发明基于碲纳米片的二维范德华双极型晶体管(BJTs)，包括不同厚度的二维p型碲纳米片、二维n型半导体材料、电极及目标衬底，利用水热法合成的不同厚度的碲纳米片以及二维n型半导体纳米片，通过改变集电极与发射极碲纳米片的厚度来调控载流子浓度差，改变基极二维n型半导体的厚度来调控载流子的隧穿势垒，借助于PPC辅助转移实现三层材料的垂直无损堆垛，设计p型半导体与高功函数金属接触，n型半导体与低功函数金属接触来减小金属与材料之间的肖特基势垒，进而实现BJTs性能的有效调控，实现良好的电流放大功能。

技术领域

本发明涉及半导体材料技术领域，特别是涉及一种基于碲纳米片的二维范德华双极型晶体管及其构筑方法。

背景技术

随着半导体器件集成度的不断增大，双极型晶体管(BJTs)在大型计算机的高速数字集成电路、精确模拟电路和无线电通讯的放大电路中扮演更加重要的角色。然而基于传统半导体(Si、Ge)的BJTs需要复杂的制造工艺，比如需要利用高能离子注入掺杂获得较高的载流子浓度，在原子尺度上控制界面和厚度等。随着器件的不断微缩，晶格不匹配、位错缺陷、互扩散以及交叉污染等问题越来越显著，因此很难在保证BJTs性能的前提下将传统半导体材料无限减薄。

过渡金属硫化物(TMDs)等二维无机半导体材料层与层之间通过范德华力结合，可通过机械剥离得到不同的厚度，是BJTs理想的基极材料。基于二维材料的范德华异质结可以通过偏压调控界面势垒控制载流子(空穴)从基极向发射极注入，从而实现双极型晶体管的高电流放大。目前基于二维材料的BJTs器件还比较少，电流放大倍数以及器件设计方面仍有较大的提升空间。Liu等人构筑的二维MoS₂/WSe₂/MoS₂ NPN型BJTs共发射极电流增益(β)为12(Adv.Funct.Mater.2019,1807893)，但是由于WSe₂具有双极性电输运(空穴和电子都参与导电)的特点，并不是完美的二维p型半导体材料，二极管整流效果并不是很好，导致BJTs性能较差；Sikandar等人利用二维BP/MoS₂/BP异质结构筑的PNP型BJTs室温下β值约10.1(2D Mater.6(2019)035005)，电流放大倍数与工业级要求(20～200)还有一定距离。这是基于二维PNP型BJTs的首次尝试，但是电极接触问题并没有被考虑，同时BP的不稳定性也使得器件的服役性能遭到威胁。因此二维范德华双极型晶体管的材料选择、能带匹配、界面优化、电极接触等因素的优化对提高器件性能具有重要影响。

基于此，提供一种过程简单，具有普适性，与传统CMOS工艺兼容，器件稳定性良好，可实现良好的电流放大增益的双极型晶体管的构筑方法对本领域具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种简单而具有普适性，与传统CMOS工艺兼容，器件稳定性良好，可实现良好的电流放大增益的二维PNP型范德华双极型晶体管的构筑方法。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

技术方案一：

本发明提供一种基于碲纳米片的二维范德华双极型晶体管，包括不同厚度的二维p型碲纳米片、二维n型半导体材料、电极及目标衬底；

进一步地，所述不同厚度的二维p型碲纳米片包括水热法制备的厚层碲纳米片和薄层碲纳米片，所述厚层碲纳米片厚度为30-50nm，所述薄层碲纳米片厚度为5-10nm，可分别用作双极型晶体管的发射极和集电极。

进一步地，所述二维n型半导体材料为多数载流子为电子的二维半导体，包括机械剥离法或化学气相沉积法制备得到的二硫化钼、二硫化钨、二硒化钼、二硒化铂或二硫化铂等二维纳米片，厚度为0.65-10nm厚。

进一步地，所述电极为金属电极，数量为三个，分别沉积在厚层碲纳米片表面、薄层碲纳米片表面以及二维n型半导体表面。