基于碲纳米片的二维范德华双极型晶体管及其构筑方法技术

本发明专利技术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，本发明专利技术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。实现良好的电流放大功能。实现良好的电流放大功能。

【技术实现步骤摘要】
基于碲纳米片的二维范德华双极型晶体管及其构筑方法


[0001]本专利技术涉及半导体材料
，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。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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/MoS
2 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。
[0004]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。

技术实现思路

[0005]本专利技术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。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0007]技术方案一：
[0008]本专利技术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；
[0009]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。
[0010]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。
[0011]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。
[0012]进一步地，所述目标衬底包括绝缘硅衬底、蓝宝石衬底或柔性衬底。
[0013]技术方案二：
[0014]本专利技术提供所述的基于碲纳米片的二维范德华双极型晶体管的构筑方法，包括如下步骤：
[0015]S1：将洁净的目标衬底裁切成所需大小，备用；
[0016]S2：利用水热法合成不同厚度的p型碲纳米片，所述不同厚度的p型碲纳米片包括薄层(5
‑
10nm)碲纳米片和厚层(30
‑
50nm)碲纳米片，利用化学气相沉积法或机械剥离法制备二维n型半导体材料(0.65
‑
10nm厚)；
[0017]S3：将S2中的薄层碲纳米片及二维n型半导体材料转移到S1裁切好的目标衬底上，做好位置标记，便于后续操作中快速的找到样品；
[0018]S4：将薄层碲纳米片及二维n型半导体材料表面涂覆有机胶，烘干备用；
[0019]S5：选取S2中厚层碲纳米片转移到目标衬底上，做双极型晶体管的发射极；
[0020]S6：将S4中涂覆有有机胶的二维n型半导体材料转移到S5中的碲纳米片上，去胶，做双极型晶体管的基极，碲纳米片与二维n型半导体形成发射结；
[0021]S7：将S4中涂覆有有机胶的薄层碲纳米片转移到S6中的发射结上，并去胶，作为双极型晶体管的集电极，得到基于厚层碲纳米片/二维n型半导体材料/薄层碲纳米片的二维范德华异质结；
[0022]S8：在S7中样品上涂覆PMMA，烘干，利用电子束曝光(EBL)在三层材料中分别曝出三个沟道，并利用热蒸镀沉积金属电极，得到基于碲纳米片的二维范德华双极型晶体管。
[0023]进一步地，所述S4的具体方法包括：在薄层碲纳米片及机械剥离法得到的二维n型半导体表面旋涂一层PPC，在60
‑
90℃的热板上烘干10
‑
50s；在化学气相沉积得到的二维n型半导体表面旋涂一层PMMA，在90
‑
130℃的热板上烘干30
‑
60s。
[0024]进一步地，若二维n型半导体为机械剥离法得到，所述S6的具体方法包括：
[0025]S6.1在PPC与硅片的接触边缘处注水并撕拉PPC薄膜，将二维n型半导体转移至PPC膜上；
[0026]S6.2利用精确转移平台的对准功能，将载有所需样品的PPC薄膜转移到S5中的碲纳米片正上方，并为底层碲纳米片预留出电极曝光区域；
[0027]S6.3将覆盖PPC薄膜的二维n型半导体/碲纳米片置于丙酮中，50
‑
80℃浸泡2
‑
5min，去除PPC，得到碲纳米片与n型半导体形成的发射结；
[0028]若二维n型半导体为化学气相沉积法得到，所述S6的具体方法包括：
[0029]S6.1将表面旋涂有PMMA的绝缘硅片置于氢氟酸溶液中，使载有n型半导体纳米片的PMMA与衬底分离，并用清水冲洗PMMA薄膜；
[0030]S6.2利用精确转移平台的对准功能，将载有所需样品的PMMA薄膜转移到S5中的碲纳米片正上方，并为底层碲纳米片预留出电极曝光区域；
[0031]S6.3将覆盖PMMA薄膜及二维n型半导体/碲纳米片的目标衬底置于丙酮中，80
‑
110℃浸泡10
‑
15min，去除PMMA，得到碲纳米片与n型半导体形成的发射结。
[0032]进一步地，所述S7的具体操作工艺与机械剥离法得到的二维n型半导体的转本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于碲纳米片的二维范德华双极型晶体管，其特征在于，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。2.根据权利要求1所述的基于碲纳米片的二维范德华双极型晶体管，其特征在于，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。3.根据权利要求1所述的基于碲纳米片的二维范德华双极型晶体管，其特征在于，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，厚度为0.65
‑
10nm之间。4.根据权利要求1所述的基于碲纳米片的二维范德华双极型晶体管，其特征在于，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。5.根据权利要求1所述的基于碲纳米片的二维范德华双极型晶体管，其特征在于，所述目标衬底包括绝缘硅衬底、蓝宝石衬底或柔性衬底。6.权利要求1
‑
5任一项所述的基于碲纳米片的二维范德华双极型晶体管的构筑方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：将洁净的目标衬底裁切成所需大小，备用；S2：利用水热法合成不同厚度的p型碲纳米片，所述不同厚度的p型碲纳米片包括薄层碲纳米片和厚层碲纳米片，利用化学气相沉积法或机械剥离法制备二维n型半导体材料；S3：将S2中的薄层碲纳米片及二维n型半导体材料转移到S1裁切好的目标衬底上；S4：将薄层碲纳米片及二维n型半导体材料表面涂覆有机胶，烘干备用；S5：选取S2中厚层碲纳米片转移到目标衬底上，做双极型晶体管的发射极；S6：将S4中涂覆有有机胶的二维n型半导体材料转移到S5中的碲纳米片上，去胶，做双极型晶体管的基极，碲纳米片与二维n型半导体形成发射结；S7：将S4中涂覆有有机胶的薄层碲纳米片转移到S6中的发射结上，并去胶，作为双极型晶体管的集电极，得到基于厚层碲纳米片/二维n型半导体材料/薄层碲纳米片的二维范德华异质结；S8：在S7中样品上涂覆PMMA，烘干，利用电子束曝光在三层材料中分别曝出三个沟道，并利用热蒸镀沉积金属电极，得到基于碲纳米片的二维范德华双极型晶体管。7.根据权利要求6所述的基于碲纳米片的二维范德华双极型晶体管的构筑方法，其特征在于，所述S4的具体方法包括：在薄层碲纳米片及机械剥离法得到的二维n型半导体表面旋涂一层PPC，在60
‑
90℃的热板上烘干10
‑
50s；在化学气相沉积得到的二维n型半导体表面旋涂一层PMMA，在90<...

【专利技术属性】
技术研发人员：张跃，于慧慧，张铮，高丽，张先坤，洪孟羽，曾浩然，柳柏杉，肖建坤，汤文辉，李瑞山，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：