一种新型二维半导体材料晶闸管的构筑方法与流程

本发明属于金属-半导体，特别是涉及一种新型二维半导体材料晶闸管的构筑方法。

背景技术：

1、随着半导体芯片技术的不断发展，晶体管特征尺寸持续缩小，但随之出现的短沟道效应严重制约了硅基芯片的进一步发展，因此人们开始寻找与硅基半导体工艺兼容的新型沟道材料。二维材料特别是过渡族金属硫族化合物(tmdc)凭借超薄的尺寸、丰富的能带和优异的光电性能成为了代替传统硅基半导体的候选者之一。

2、对于每个半导体器件的操作和应用来说，金属-半导体界面都至关重要，并且是肖特基二极管的基础。肖特基二极管具有出色的开关特性，通常在现代电子和光电子学的许多重要组件中取代p-n二极管，而晶闸管正是由四层交替的p型和n型材料所构成的，因此在构筑肖特基二极管的基础上附加局域栅静电掺杂便可实现pnpn四层半导体结构的晶闸管。

3、然而，由于传统金属-半导体结的强费米钉扎效应，二维材料肖特基二极管表现出功耗大、整流比低、理想因子差等问题，肖特基二极管的传统优点并未实现，因此减轻费米钉扎效应、实现可设计的肖特基势垒高度至关重要。因此，亟需提出一种基于全二维肖特基结的新型二维半导体材料晶闸管结构的构筑方法，以解决现有技术中存在的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种新型二维半导体材料晶闸管的构筑方法，利用转移二维金属作为阳极实现可控的肖特基势垒高度，普通蒸镀的传统金属作为阴极，并在肖特基二极管的沟道中间引入局域控制栅极进行静电掺杂，以实现了二维半导体材料不同区域的不同传输特性，实现了典型的晶闸管四层三端，p型、n型导通交替的器件，以解决上述现有技术存在的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种新型二维半导体材料晶闸管的构筑方法，包括以下步骤：

3、制备二维半导体材料、二维金属电极材料、电介质材料和传统金属电极材料；

4、基于所述传统金属电极材料进行电极沉积；

5、将所述电介质材料转移到沉积好的电极的基底上，然后将二维半导体材料转移堆叠在电介质材料上，将二维金属电极材料转移至二维半导体材料的一侧，并将传统金属电极材料转移到二维金属电极材料上作为阳极，将传统金属电极材料转移到二维半导体材料的另一侧作为阴极，完成二维半导体材料晶闸管的构筑。

6、可选地，基于所述传统金属电极材料进行电极沉积的过程包括：基于所述传统金属电极材料，在二氧化硅的硅基底上通过电子束光刻结合热蒸镀沉积图案化的技术制备局域底栅电极，在二氧化硅的牺牲层上通过电子束光刻结合热蒸镀沉积图案化的技术制备源极和漏极。

7、可选地，所述二维半导体材料和二维金属电极材料的制备方法至少包括：机械剥离、化学气相沉积、有机辅助气相沉积、物理气相沉积和磁控溅射方法中的一种。

8、可选地，所述电介质材料的制备方法至少包括：机械剥离方法和和原子层沉积方法中的一种。

9、可选地，所述传统金属电极材料的制备方法至少包括：热蒸镀、电子束蒸镀和磁控溅射方法中的一种。

10、可选地，所述二维半导体材料为mos2和ws2中的一种。

11、可选地，所述电介质材料为h-bn、hfo2和zro2hfxzr1-xo2中的一种。

12、可选地，所述二维金属电极材料为1t’-mote2、1t’-wte2、1t-ptse2和2h-nbse2中的一种。

13、可选地，所述传统金属电极材料为cr/au、cr和au中的一种。

14、可选地，所述二维半导体材料厚度为0.7-3nm，所述电介质材料厚度为1-20nm，所述二维金属电极材料厚度为10-20nm，所述传统金属电极材料厚度为30-60nm。

15、本发明的技术效果为：

16、本发明的二维金属材料与二维半导体材料堆叠形成的范德华异质结没有传统键合异质结的晶格匹配和加工兼容性要求的限制，接触区形成的肖特基势垒高度严格遵循肖特基-莫特模型，减弱例如传统金属-半导体结的强费米钉扎效应；同时二维半导体材料具有合适的能带结构，通过在沟道处引入局域栅静电调控可形成不同的导电类型，并最终形成pnpn层层交替的晶闸管结构。

17、本发明将二维半导体材料和二维金属材料引入晶闸管，同时进行与之匹配的晶闸管结构设计，提升晶闸管的性能，为基于二维材料的晶闸管设计和优化提供了建议，扩展二维半导体材料应用。

技术特征：

1.一种新型二维半导体材料晶闸管的构筑方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的新型二维半导体材料晶闸管的构筑方法，其特征在于，

3.根据权利要求1所述的新型二维半导体材料晶闸管的构筑方法，其特征在于，

4.根据权利要求1所述的新型二维半导体材料晶闸管的构筑方法，其特征在于，

5.根据权利要求1所述的新型二维半导体材料晶闸管的构筑方法，其特征在于，

6.根据权利要求1所述的新型二维半导体材料晶闸管的构筑方法，其特征在于，

7.根据权利要求1所述的新型二维半导体材料晶闸管的构筑方法，其特征在于，

8.根据权利要求1所述的新型二维半导体材料晶闸管的构筑方法，其特征在于，

9.根据权利要求1所述的新型二维半导体材料晶闸管的构筑方法，其特征在于，

10.根据权利要求1所述的新型二维半导体材料晶闸管的构筑方法，其特征在于，

技术总结
本发明公开了一种新型二维半导体材料晶闸管的构筑方法，包括以下步骤：制备二维半导体材料、二维金属电极材料、电介质材料和传统金属电极材料；基于传统金属电极材料进行电极沉积；将电介质材料转移到沉积好的电极的基底上，然后将二维半导体材料转移堆叠在电介质材料上，将二维金属电极材料转移至二维半导体材料的一侧，并将传统金属电极材料转移到二维金属电极材料上作为阳极，将传统金属电极材料转移到二维半导体材料的另一侧作为阴极，完成二维半导体材料晶闸管的构筑。本发明将二维半导体材料和二维金属材料引入晶闸管，同时进行与之匹配的晶闸管结构设计，提升晶闸管的性能，为基于二维材料的晶闸管设计和优化提供了建议。

技术研发人员：史书怀,吕中宾,杜君莉,罗雨欣,夏大伟,何晓宇,张朝峰,李珍平,曹桂州,李超,姚伟,张先坤,汪莉
受保护的技术使用者：国网河南省电力公司电力科学研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15