包括二维材料的半导体器件以及制造该半导体器件的方法技术

示例实施方式涉及包括二维(2D)材料的半导体器件以及制造该半导体器件的方法。一种半导体器件可以是包括至少一种掺杂的2D材料的光电器件。光电器件可以包括：第一电极；第二电极；以及在第一电极和第二电极之间的半导体层。第一电极和第二电极中的至少一个可以包括掺杂的石墨烯。半导体层可以具有大于或等于大约0.1eV的内建电势，或者大于或等于大约0.3eV的内建电势。第一电极和第二电极中的其中之一可以包括p掺杂的石墨烯，另一个可以包括n掺杂的石墨烯。备选地，第一电极和第二电极中的其中之一可以包括p掺杂或n掺杂的石墨烯，另一个可以包括金属性材料。

【技术实现步骤摘要】

示例实施方式涉及半导体器件和/或制造该半导体器件的方法，更具体而言，涉及包括二维(2D)材料的半导体器件和/或制造该半导体器件的方法。
技术介绍
二维(2D)材料是其中原子形成晶体结构的单层或半层固体材料。2D材料的最众所周知的示例是石墨烯。石墨烯是其中碳原子形成六方结构的单层(例如，单原子层)结构。石墨烯可具有绕狄拉克点对称的能带结构，在狄拉克点的电荷的有效质量相当小。因此，石墨烯可具有是硅(Si)的电荷迁移率的至少10倍或更高(可以甚至是1000倍或更高)的电荷迁移率。此外，石墨烯可具有高费米速度(VF)。因此，包括石墨烯的2D材料作为可以克服现有技术中的材料的限制的下一代材料已经引起注意。已经试图将2D材料应用于各种半导体器件。然而，在应用2D材料到半导体器件时，可能产生各种技术问题，并且可能难以确保优良的性质/性能。
技术实现思路
示例实施方式涉及包括二维(2D)材料的高性能半导体器件(例如，光电器件或晶体管)。示例实施方式涉及具有受控的能带结构的半导体器件。示例实施方式涉及配置为即使在没有施加外电压时也表现出良好的光电转换性能的光电器件。示例实施方式涉及可以用低功率操作并且具有优良的操作特性的晶体管。示例实施方式涉及制造半导体器件(例如，光电器件或晶体管)的方法。另外的示例实施方式将在以下的描述中部分地阐述，且部分地将自该描述明显或者可以从示例实施方式的实践而习知。根据各种示例实施方式，一种光电器件包括：第一电极；与第一电极间
隔开的第二电极；以及在第一电极和第二电极之间的半导体有源层，其中第一电极和第二电极中的至少一个包括掺杂的石墨烯，以及其中半导体有源层具有基本上0.1eV或更大的内建电势。在一个示例实施方式中，具有基本上0.1eV或更大的内建电势的半导体有源层是改进的半导体有源层。第一电极和第二电极中的其中之一可以包括用p型掺杂剂掺杂的石墨烯，第一电极和第二电极中的另一个可以包括用n型掺杂剂掺杂的石墨烯。第一电极和第二电极中的其中之一可以包括用p型掺杂剂或n型掺杂剂掺杂的石墨烯，第一电极和第二电极中的另一个可以包括金属性材料。掺杂的石墨烯和金属性材料的功函数之差可以是大约0.1eV至5eV。半导体有源层的内建电场可以是大约0.3至100MV/cm。半导体有源层可以包括邻近第一电极的第一区域和邻近第二电极的第二区域，第一区域和第二区域中的至少一个可以是掺杂区域。当第一电极用第一类型的掺杂剂掺杂时，半导体有源层的第一区域可以用与第一类型相同的类型的掺杂剂掺杂。当第二电极用第二类型的掺杂剂掺杂时，半导体有源层的第二区域可以用与第二类型相同的类型的掺杂剂掺杂。半导体有源层的第一区域和第二区域可以彼此彼此间隔开或可以彼此接触。半导体有源层可以包括具有二维(2D)晶体结构的2D半导体。2D半导体可以包括金属硫属化物基材料。金属硫属化物基材料可以包括包含Mo、W、Nb、V、Ta、Ti、Zr、Hf、Tc、Re、Cu、Ga、In、Sn、Ge和Pb的金属元素以及包含S、Se和Te的硫属元素。半导体有源层可以包括量子点。第一电极、第二电极和半导体有源层中的大部分或全部可以包括2D材料。半导体有源层的内建电势可以小于或等于大约5eV。光电器件可以是光电探测器或光伏器件。光电探测器可以是自供电的光电探测器。光电器件还可以包括接触第一电极的第一接触电极以及接触第二电极的第二接触电极。第一接触电极和第二接触电极可以在水平方向上彼此间隔开。第一接触电极和第二接触电极可以在竖直方向上彼此间隔开。第一电极可以在第一方向上从半导体有源层延伸，第二电极可以在与第一方向相反的第二方向上从半导体有源层延伸。第一电极可以在第一方向上从半导体有源层延伸，第二电极可以在与第一方向垂直的第二方向上从半导体有源层延伸。第一电极、第二电极和半导体有源层可以组成单位单元，并且光电器件可以包括多个单位单元。光电器件可以还包括分别连接到所述多个单位单元的第一端的多个第一接触电极以及共同地连接到所述多个单位单元的第二端的第二接触电极。根据至少一个示例实施方式，一种光电器件包括：第一电极；与第一电极间隔开的第二电极；以及半导体有源层，插置在第一电极和第二电极之间并且包括2D半导体和量子点中的至少一个，其中半导体有源层在第一电极和第二电极之间具有基本上0.1eV或更大的内建电势。第一电极和第二电极中的至少一个可以包括掺杂的石墨烯。第一电极和第二电极中的其中之一可以包括用p型掺杂剂掺杂的石墨烯，第一电极和所述第二电极中的另一个可以包括用n型掺杂剂掺杂的石墨烯。第一电极和第二电极中的其中之一可以包括用p型掺杂剂或n型掺杂剂掺杂的石墨烯，第一电极和第二电极中的另一个可以包括金属性材料。半导体有源层可以包括邻近第一电极的第一区域以及邻近第二电极的第二区域，并且第一区域和第二区域中的至少一个可以是掺杂区域。当第一电极用第一类型的掺杂剂掺杂时，半导体有源层的第一区域可以是用与第一类型相同的类型的掺杂剂掺杂的区域。当第二电极用第二类型的掺杂剂掺杂时，半导体有源层的第二区域可以是用与第二类型相同的类型的掺杂剂掺杂的区域。2D半导体可以包括金属硫属化物基材料。金属硫属化物基材料可以包括包含Mo、W、Nb、V、Ta、Ti、Zr、Hf、Tc、Re、Cu、Ga、In、Sn、Ge和Pb的金属元素以及包含S、Se和Te的硫属元素。根据至少一个示例实施方式，一种晶体管包括：源电极；与源电极间隔
开的漏电极；在源电极和漏电极之间的半导体层；以及栅电极，用于施加电场到半导体层，其中源电极和漏电极中的至少一个包括掺杂的石墨烯，并且半导体层具有基本上0.1eV或更大的内建电势。源电极和漏电极中的其中之一可以包括用p型掺杂剂掺杂的石墨烯，源电极和漏电极中的另一个可以包括用n型掺杂剂掺杂的石墨烯。源电极和漏电极中的其中之一可以包括掺杂的石墨烯，源电极和漏电极中的另一个可以包括金属性材料。掺杂的石墨烯与金属性材料的功函数之差可以是大约0.1eV至大约5eV。半导体层的内建电场可以是大约0.3MV/cm至100MV/cm。半导体层可以包括邻近源电极的第一区域以及邻近漏电极的第二区域，第一区域和第二区域中的至少一个可以是掺杂区域。当源电极用第一类型的掺杂剂掺杂时，半导体层的第一区域可以是用与第一类型相同的类型的掺杂剂掺杂的区域。当漏电极用第二类型的掺杂剂掺杂时，半导体层的第二区域可以是用与第二类型相同的类型的掺杂剂掺杂的区域。半导体层可以包括2D半导体和量子点中的至少之一。2D半导体可以包括金属硫属化物基材料。半导体有源层的内建电势可以小于或等于大约5eV。半导体层可以是隧穿层。晶体管可以是隧穿晶体管。附图说明从结合附图的以下描述，这些和/或其它示例实施方式将变得明显且更易于理解，在图中：图1是根据至少一个示例实施方式的光电子器件的平面图；图2是沿图1中的线A-A'截取的截面图；图3是沿图1中的线B-B'截取的截面图；图4是当光电子器件处于平衡状态时图1-3的光电子器件的能带图；图5当光电子器件处于平衡状态时根据比较示例的光电子器件的能带图；图6是当外电压被施加到根据图5的比较示例的光电子器件时从图5改变的能带图；图7当光电子器件处于平衡状态时根据另一示本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光电器件，包括：第一电极；第二电极；以及在所述第一电极和所述第二电极之间的半导体有源层，其中所述第一电极和所述第二电极中的至少一个包括掺杂的石墨烯，以及其中所述半导体有源层具有0.1eV或更大的内建电势。

【技术特征摘要】
2015.05.18 KR 10-2015-00691191.一种光电器件，包括：第一电极；第二电极；以及在所述第一电极和所述第二电极之间的半导体有源层，其中所述第一电极和所述第二电极中的至少一个包括掺杂的石墨烯，以及其中所述半导体有源层具有0.1eV或更大的内建电势。2.根据权利要求1所述的光电器件，其中所述第一电极和所述第二电极中的其中之一包括用p型掺杂剂掺杂的石墨烯，以及所述第一电极和所述第二电极中的另一个包括用n型掺杂剂掺杂的石墨烯。3.根据权利要求1所述的光电器件，其中所述第一电极和所述第二电极中的其中之一包括用p型掺杂剂或n型掺杂剂掺杂的石墨烯，以及所述第一电极和所述第二电极中的另一个包括金属性材料。4.根据权利要求3所述的光电器件，其中所述掺杂的石墨烯与所述金属性材料的功函数之差是0.1eV至5eV。5.根据权利要求1所述的光电器件，其中所述半导体有源层的内建电场是0.3MV/cm至100MV/cm。6.根据权利要求1所述的光电器件，其中所述半导体有源层包括邻近所述第一电极的第一区域以及邻近所述第二电极的第二区域，以及所述第一区域和所述第二区域中的至少一个是掺杂区域。7.根据权利要求6所述的光电器件，其中当所述第一电极用第一类型的掺杂剂掺杂时，所述半导体有源层的所述第一区域用所述第一类型的掺杂剂掺杂，和/或当所述第二电极用第二类型的掺杂剂掺杂时，所述半导体有源层的所述第二区域用所述第二类型的掺杂剂掺杂。8.根据权利要求6所述的光电器件，其中所述半导体有源层的所述第一区域和所述第二区域彼此间隔开或彼此接触。9.根据权利要求1所述的光电器件，其中所述半导体有源层包括具有二维晶体结构的二维(2D)半导体。10.根据权利要求9所述的光电器件，其中所述二维半导体包括金属硫属化物基材料，以及所述金属硫属化物基材料包括包含Mo、W、Nb、V、Ta、Ti、Zr、Hf、Tc、Re、Cu、Ga、In、Sn、Ge和Pb的金属元素以及包含S、Se和Te的硫属元素。11.根据权利要求1所述的光电器件，其中所述半导体有源层包括量子点。12.根据权利要求1所述的光电器件，其中所述第一电极、所述第二电极和所述半导体有源层中的至少一个包括二维材料。13.根据权利要求1所述的光电器件，其中所述半导体有源层的所述内建电势小于或等于5eV。14.根据权利要求1所述的光电器件，其中所述光电器件包括光电探测器或光伏器件。15.根据权利要求14所述的光电器件，其中所述光电探测器是自供电的光电探测器。16.根据权利要求1所述的光电器件，还包括：与所述第一电极接触的第一接触电极；以及与所述第二电极接触的第二接触电极。17.根据权利要求16所述的光电器件，其中所述第一接触电极和所述第二接触电极在水平方向上彼此间隔开。18.根据权利要求16所述的光电器件，其中所述第一接触电极和所述第二接触电极在竖直方向上彼此间隔开。19.根据权利要求1所述的光电器件，其中所述第一电极在第一方向上从所述半导体有源层延伸，以及所述第二电极在与所述第一方向相反的第二方向上从所述半导体有源层延伸。20.根据权利要求1所述的光电器件，其中所述第一电极在第一方向上从所述半导体有源层延伸，以及所述第二电极在与所述第一方向垂直的第二方向上从所述半导体有源层延伸。21.根据权利要求1所述的光电器件，其中所述第一电极...

【专利技术属性】
技术研发人员：许镇盛，李基荣，李相烨，李殷奎，李载昊，朴晟准，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国;KR