CN107170893A - 一种极化电场调控二维半导体能带结构及制备方法 - Google Patents

一种极化电场调控二维半导体能带结构及制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107170893A
CN107170893A CN201710563689.2A CN201710563689A CN107170893A CN 107170893 A CN107170893 A CN 107170893A CN 201710563689 A CN201710563689 A CN 201710563689A CN 107170893 A CN107170893 A CN 107170893A
Authority
CN
China
Prior art keywords
dimensional semiconductor
metal
electric field
polarization
band structure
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201710563689.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107170893B (zh
Inventor
王建禄
王旭东
沈宏
林铁
孟祥建
褚君浩
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Institute of Technical Physics of CAS
Original Assignee
Shanghai Institute of Technical Physics of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Institute of Technical Physics of CAS filed Critical Shanghai Institute of Technical Physics of CAS
Priority to CN201710563689.2A priority Critical patent/CN107170893B/zh
Publication of CN107170893A publication Critical patent/CN107170893A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107170893B publication Critical patent/CN107170893B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • H10K30/354—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation comprising a metal-insulator-semiconductor [m-i-s] structure
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/549—Organic PV cells

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Thin Film Transistor (AREA)
  • Led Devices (AREA)

Abstract

本发明公开了一种极化电场调控二维半导体能带结构及制备方法。该方法将极化材料与二维半导体直接接触，极化材料极化后所产生的极化电场可有效调控二维半导体的能带结构。所采用的器件结构自下而上依次为绝缘衬底、二维半导体、金属引出复合电极、极化材料和金属上电极。形成金属‑极化材料‑二维半导体器件结构，施加外加电场，使极化材料极化，随后撤去外加电场。区别于其它二维半导体能带调控方法，该方法利用极化保持特性，可实现无外场下对二维半导体能带结构调控。光致发光光谱结果表明，在极化电场的作用下，二维半导体的能带结构得到了有效调控，因此拓展了此类材料的应用。该方法同时具备极低功耗、操作简便、稳定性好等特点。

Description

一种极化电场调控二维半导体能带结构及制备方法
技术领域
本发明涉及一种极化电场调控二维半导体能带结构及制备方法，具体指一种基于铁电极化材料的剩余极化电场调控二维半导体能带结构及制备方法。
背景技术
层状结构的二维半导体，如石墨烯、过渡金属硫化物等，由于独特的物理结构和光电性能，使它们在纳米电子学及纳米光子学等领域具备巨大的潜能。其中，二维半导体的能带结构丰富多样，波长范围可覆盖全波段[Nature Photonics 8,899(2014)]，使其在应用时具备非常多的选择性。然而，就单一二维半导体材料来说，其能带结构仍具备一定的局限性，如石墨烯的零带隙特点，导致其无法应用与逻辑电子器件中[Nature Physics 9,49(2013)]；而过渡金属硫化物的带隙通常在1-2eV之间，导致其在光电探测应用时只能响应可见光到近红外波段[Nature Nanotechnology 8,497(2013)]。因此，为了能够进一步优化二维半导体的性能，寻找一种方法能够有效地调控二维半导体的能带结构就显得尤为重要。对传统半导体材料来说，通常可以采用掺杂以及调节元素配比的方式等来实现能带调节。如硅可以通过高剂量的硼离子注入使硅的带隙增加325-750meV[Nature 410,192(2001)]；碲镉汞可以通过调节元素配比来调控其禁带宽度大小[Journal ofSemiconductors 11,332(2001)][中国科学:数学5,515(1990)]；氧化锌可以通过与其它金属合金化来增加禁带宽度[Applied Physics Letters 72,2466(1998)]。而在对二维半导体的能带调控的研究中，除以上方法外还可以采用多种其它方式对其能带进行操控。改变二维半导体的层数，通过控制层数可以达到调控其能带结构的目的，如二硫化钼半导体，其单层材料的能带结构为直接带隙，具有1.8eV的禁带宽度，而体材料的能带结构为间接带隙，具有1.2eV的禁带宽度[Nanoscale 6,13283(2014)]。对二维半导体进行化学掺杂也可以获得一定的能带调控效果，如S.Tongay等通过对二硫化钼进行气体分子掺杂，观测到其能带结构产生一定的变化[Nano Letter 13,2831(2013)]。离子插层是改善二维半导体性能的一种新的方法，同样可以调节二维半导体的能带结构，如Jiayu Wan等人采用多种离子插层方法实现了对二维半导体的能带结构的调控[Chemical Society Reviews 45,6742(2016)]。对二维半导体表面施加应力也可以达到调节其能带结构的目的，如Yeung Yu Hui等人对三层二硫化钼在垂直方向上施加应力，观测到其光致发光光谱的峰值发生明显的移动，说明外加垂直应力可以也可以将二维半导体的能带进行调控[Acs Nano 7,7126(2013)]，同年，Hiram J.Conley等人对单层二硫化水平方向施加应力，观测到其光致发光光谱也产生了明显的移动，说明横向应力同样可以导致二维半导体的能带结构发生变化[Nano Letters 13,3626(2013)]。此外，还有一种常用的方法即对二维半导体施加外加电场来调控其能带结构，2009年，Yuanbo Zhang等人在对双层石墨烯施加超过100V的电压时，结果表明可以将双层石墨烯的带隙打开，有望使石墨烯应用于逻辑电子器件[Nature 459,820(2009)]；2011年，Ashwin Ramasubramaniam等人利用第一性原理计算，对过渡金属硫化物外加一垂直电场，可以将其带隙进行压缩[Physical Review B 84,205325(2011)]。上述诸多调控二维半导体能带结构的方法足以说明，通过人为的方式调控二维半导体的能带结构可以有效地改善材料性能，使其更好的应用于纳米电子以及纳米光电子器件中。
然而，基于以上调控二维半导体能带结构的方法基本都无法实现稳定的调控效果，而且对二维半导体的能带调节能力有限，此外还增加了许多额外能耗，或者操作繁杂，这些方法均不能最大限度地满足光电探测器，或者电子器件等的实际应用需求。为了有效地解决这一问题，本发明提出了一种极化电场调控二维半导体能带结构的方法。该方法将有机铁电聚合物与二维半导体结合，制备出金属-电介质-二维半导体结构的电容器器件，首先对器件施加外加电场使得有机铁电聚合物极化，然后再撤去外加电场，使二维半导体仅作用在铁电剩余极化电场下，该剩余极化电场即可以有效地调控二维半导体的能带结构，提高材料的性能。
发明内容
本发明提出了一种极化电场调控二维半导体能带结构及制备方法，为二维半导体能带工程以及改善二维半导体的性能提供一种新的途径。
上述发明将有机铁电聚合物与二维半导体直接接触，形成金属-极化材料-二维半导体结构的器件，外加电场使有机铁电聚合物极化后，再撤去外加电场，所形成的剩余极化电场可以有效的调控二维半导体的能带结构，以达到改善二维半导体性能的目的。
本发明指一种极化电场调控二维半导体能带结构及制备方法。其特征在于，该方法将极化材料与二维半导体直接接触，极化材料极化后所产生的极化电场可有效调控二维半导体的能带结构；
本发明指一种极化电场调控二维半导体能带结构及制备方法。其特征在于，该方法在工作时无需外加任何电场，二维半导体材料仅在极化材料的剩余极化电场作用下，即实现能带结构的调控。
本发明指一种极化电场调控二维半导体能带结构及制备方法。其特征在于，在该极化电场的作用下，二维半导体的禁带宽度可以被压缩。
本发明指一种极化电场调控二维半导体能带结构及制备方法，其特征在于，所采用的器件结构自下而上依次为：
-衬底1，
-二维半导体2、
-金属引出复合电极3、
-极化材料4、
-金属上电极5，
其中衬底1为绝缘衬底，可选择二氧化硅或石英或蓝宝石；
其中二维半导体2为二维半导体材料，厚度为2层至5层分子；
其中金属引出复合电极3为铬和金(Cr/Au)或钛和金(Ti/Au)或钯和金(Pd/Au)电极，下层金属铬或钛或钯厚度为厚度5-10纳米，上层金属金厚度为30-50纳米，且该金属引出复合电极与所述的二维半导体2具有良好的欧姆接触；
其中极化材料4为聚偏氟乙烯基铁电聚合物，厚度为50-300纳米；
其中金属上电极5为金属铝，厚度为8-10纳米。
本发明指一种极化电场调控二维半导体能带结构及制备方法，其特征在于，所需的器件制备包括以下步骤：
1)衬底清洗
将绝缘衬底二氧化硅或石英或蓝宝石依次置于丙酮、酒精、去离子水中超声清洗5分钟后氮气吹干，再置于烘箱内105℃烘10分钟。
2)二维半导体制备及转移
采用机械剥离转移方法将二维半导体转移至绝缘衬底表面，厚度为2层至5层分子。
3)金属引出复合电极的制备
采用电子束曝光技术或紫外光刻技术，结合热蒸发金属及剥离工艺制备金属引出复合电极，电极为铬和金(Cr/Au)或钛和金(Ti/Au)或钯和金(Pd/Au)电极，下层金属铬或钛或钯厚度为厚度5-10纳米，上层金属金厚度为30-50纳米，再置于200℃温度下经过2小时真空退火处理，确保金属引出复合电极与二维半导体之间具备良好的欧姆接触。
4)极化材料制备
在制备好金属引出复合电极后，运用旋涂方法制备极化材料聚偏氟乙烯基铁电聚合物聚偏二氟乙烯(P(VDF-TrFE))，并在110℃-140℃温度下退火4-6小时保证铁电薄膜的结晶特性，该极化材料聚偏氟乙烯基铁电聚合物薄膜的厚度50-300纳米。
5)金属上电极制备
在极化材料上制备金属上电极，通过热蒸发金属结合负胶紫外光刻及氩离子刻蚀方法获得特定图形结构的电极图形。金属上电极材料为铝，厚度为8-10纳米。
在外加电场的作用下，极化材料内部的偶极子将朝一个方向整齐排列，随后撤掉外加电场，偶极子的方向仍保持不变，并能够产生一定的极化电场，该效应即为极化材料的极化效应。聚偏氟乙烯基铁电聚合物聚偏二氟乙烯(P(VDF-TrFE))具有极化效应这一结论早已被证实，其剩余极化强度可达为7μC/cm2，如300nm厚的P(VDF-TrFE)作用在少层二硫化钼表面时，极化后所产生的电场可达109V/m。将P(VDF-TrFE)与二维半导体直接接触，形成金属-极化材料-二维半导体结构的器件，当P(VDF-TrFE)极化后，在剩余极化电场的作用下，二维半导体的能带结构得到有效调控。该方法不仅降低了工艺复杂程度，同时还降低了器件工作时的功耗，使二维半导体的能带结构仅在极化电场作用下得到有效调控。器件在工作时的原理示意图如图2所示，其中图2(a)为P(VDF-TrFE)极化向上时的示意图，图2(b)为P(VDF-TrFE)极化向下时的示意图，图2(c)为P(VDF-TrFE)极化前二维半导体材料的能带结构示意图，图2(d)为P(VDF-TrFE)极化后二维半导体材料在极化电场作用下的能带结构示意图。在P(VDF-TrFE)极化前和极化后，二维半导体材料的禁带宽度由Eg1被调整为Eg2，其中Eg1>Eg2。该方法的应用实例如图3(a)-(c)所示，二维半导体材料为二硫化钼分别作用在P(VDF-TrFE)向下和向上的极化电场前后的光致发光光谱如图3(a)和3(b)所示；二维半导体材料为二硒化钨作用在P(VDF-TrFE)向下的极化电场前后的光致发光光谱如图3(c)所示。
本发明专利的优点在于：本发明将极化材料与二维半导体材料直接接触，基于金属-极化材料-二维半导体结构，外加电场使极化材料极化后，再撤去外加电场。其中，利用极化材料聚偏二氟乙烯(P(VDF-TrFE))的极化特性，将P(VDF-TrFE)产生的剩余极化电场直接作用于二维半导体表面，使得二维半导体的能带结构得到有效调控。如300nm厚的P(VDF-TrFE)作用在少层的二硫化钼表面时，所产生的局域极化电场可以达到109V/m，完全满足电场调控二维半导体能带结构的要求，此时不需任何外加电场。此外，该方法还同时具备稳定性好、结构简单、容易制备等特点。
附图说明
图1为3层MoS2在极化材料的极化电场作用前后的光致发光光谱，左侧插图为极化材料与二维半导体材料直接接触的截面示意图，右侧插图为二维半导体在极化电场调控前后的能带结构示意图，Eg1为调控前二维半导体材料的禁带宽度，Eg2为调控后二维半导体材料的禁带宽度，其中Eg1>Eg2。
图2为极化电场调控二维半导体能带结构方法所需的器件工作时的原理示意图。图中：(a)二维半导体材料作用在P(VDF-TrFE)向上的极化电场时的原理示意图，图中：1绝缘衬底，2二维半导体、3金属引出复合电极、4极化材料、5金属上电极；(b)二维半导体材料作用在P(VDF-TrFE)向下的极化电场时的原理示意图，其中，P代表P(VDF-TrFE)的剩余极化强度，E代表P(VDF-TrFE)的剩余极化所产生的极化电场；(c)P(VDF-TrFE)极化前二维半导体材料的能带结构示意图，Eg1为此时二维半导体材料的禁带宽度；(d)P(VDF-TrFE)极化后二维半导体材料的能带结构示意图，Eg2为此时二维半导体材料的禁带宽度。
图3极化电场调控二维半导体能带结构方法应用实例。图中：(a)二维半导体为5层二硫化钼(MoS2)时，与50nm厚的P(VDF-TrFE)直接接触时，P(VDF-TrFE)未极化和向下极化时的光致发光光谱；(b)二维半导体为3层二硫化钼(MoS2)，与300nm厚的P(VDF-TrFE)直接接触时，P(VDF-TrFE)未极化和向上极化时的光致发光光谱；(c)二维半导体为2层二硒化钨(WSe2)，与200nm厚的P(VDF-TrFE)直接接触时，P(VDF-TrFE)未极化和向下极化时的光致发光光谱。
具体实施方式
实例1：
下面结合附图对本发明的实例1作详细说明：
本发明提出了一种极化电场调控二维半导体能带结构及制备方法。利用P(VDF-TrFE)铁电聚合物材料的极化效应所产生的极化电场，对二维半导体能带进行有效调控，可以实现压缩二维材料的带隙，提高材料性能的目的。
具体步骤如下：
1.衬底选择
选用厚度0.5毫米的重掺杂n型硅做为基底，通过热氧化法在硅衬底表面，氧化制备300纳米厚度的二氧化硅。
2.二氧化硅绝缘衬底清洗
将绝缘衬底二氧化硅依次置于丙酮、酒精、去离子水中超声清洗5分钟后氮气吹干，再置于烘箱内105℃烘10分钟。
3.二维半导体材料制备与转移
用胶带将二维半导体MoS2进行机械剥离，后将其转移至SiO2绝缘衬底表面，MoS2厚度选择5个分子层。
4.金属引出复合电极制备
利用电子束曝光方法制备金属引出复合电极图形；利用热蒸发技术制备金属复合电极，铬5纳米，金30纳米；结合剥离方法，剥离金属膜，获得金属引出复合电极。
5.退火处理
将样品置于真空退火炉200℃温度下退火2小时，确保金属引出复合电极和MoS2之间形成良好的欧姆接触。
6.极化材料层制备
在以上基础上运用旋涂方法制备极化材料P(VDF-TrFE)层，并在140℃温度下退火4小时保证P(VDF-TrFE)薄膜的结晶特性，P(VDF-TrFE)铁电电介质层的厚度为50纳米。
7.金属上电极制备
首先在极化材料层上通过热蒸发技术制备8纳米金属铝，再采用负胶紫外光刻及氩离子刻蚀方法获得特定图形结构的金属上电极。
8.电学测试
器件制备完成后，对二维半导体5层MoS2进行发光光谱表征(PL)。其中测试用到的激光波长为532nm，功率为2mW，光斑面积为2-3μm。分别测试未极化和向下极化时的PL光谱。50nm厚的P(VDF-TrFE)在外加电场极化后，所产生的剩余极化电场P≈7uC/cm2，该极化电场作用在5层MoS2表面，经过计算该极化电场E≈109V/m。如图3(a)所示，可以看到，5层MoS2在P(VDF-TrFE)向下的极化电场调控下，其PL峰产生明显的红移，由677.69nm移动至686.14nm，波长变化为Δλ＝8.45nm，禁带宽度约被压缩了23meV，即ΔEg＝23meV。结果说明本发明一种极化电场调控二维半导体能带结构的方法应用于二维半导体5层MoS2时，极化电场可以有效地压缩5层MoS2的带隙。同时该方法具备功耗低、简单有效等特点。
实例2：
下面结合附图对本发明的实例2作详细说明：
本发明提出了一种极化电场调控二维半导体能带结构及制备方法。利用P(VDF-TrFE)铁电聚合物材料的极化效应所产生的极化电场，对二维半导体能带进行有效调控，可以实现压缩二维材料的带隙，提高材料性能的目的。
具体步骤如下：
1.衬底选择
选用厚度1毫米的石英作为衬底。
2.石英绝缘衬底清洗
将绝缘衬底石英依次置于丙酮、酒精、去离子水中超声清洗5分钟后氮气吹干，再置于烘箱内105℃烘10分钟。
3.二维半导体材料制备与转移
用胶带将二维半导体MoS2进行机械剥离，后将其转移至石英绝缘衬底表面，MoS2厚度选择3个分子层。
4.金属引出复合电极制备
利用紫外光刻方法制备金属引出复合电极图形；利用热蒸发技术制备金属引出复合电极，钛7纳米，金40纳米；结合剥离方法，剥离金属膜，获得金属引出复合电极。
5.退火处理
将样品置于真空退火炉200℃下退火2小时，确保金属引出复合电极和MoS2之间形成良好的欧姆接触。
6.极化材料层制备
在以上基础上运用旋涂方法制备极化材料P(VDF-TrFE)层，并在130℃温度下退火5小时保证P(VDF-TrFE)薄膜的结晶特性，P(VDF-TrFE)层薄膜的厚度为300纳米。
7.金属上电极制备
首先在极化材料层上通过热蒸发技术制备9纳米金属铝，再采用负胶紫外光刻及氩离子刻蚀方法获得特定图形结构的金属上电极。
8.电学测试
器件制备完成后，对二维半导体3层MoS2进行发光光谱表征(PL)。其中测试用到的激光波长为532nm，功率为2mW，光斑面积为2-3μm。分别测试未极化和向上极化时的PL光谱。300nm厚的P(VDF-TrFE)在外加电场极化后，所产生的剩余极化电场P≈7uC/cm2，该极化电场作用在3层MoS2表面，经过计算该极化电场E≈109V/m。如图3(b)所示，可以看到，3层MoS2在P(VDF-TrFE)向上的极化电场调控下，其PL峰产生明显的红移，由678.86nm移动至687.08nm，波长变化为Δλ＝8.22nm，禁带宽度约被压缩了21.8meV，即ΔEg＝21.8meV。结果说明本发明一种极化电场调控二维半导体能带结构的方法应用于二维半导体3层MoS2时，极化电场可以有效地压缩3层MoS2的带隙。同时该方法具备功耗低、简单有效等特点。
实例3：
下面结合附图对本发明的实例3作详细说明：
本发明提出了一种极化电场调控二维半导体能带结构及制备方法。利用P(VDF-TrFE)铁电聚合物材料的极化效应所产生的极化电场，对二维半导体能带进行有效调控，可以实现压缩二维材料的带隙，提高材料性能的目的。
具体步骤如下：
1.衬底选择
选用厚度0.5毫米的蓝宝石作为衬底。
2.蓝宝石缘衬底清洗
将绝缘衬底蓝宝石依次置于丙酮、酒精、去离子水中超声清洗5分钟后氮气吹干，再置于烘箱内105℃烘10分钟。
3.二维半导体材料制备与转移
用胶带将二维半导体WSe2进行机械剥离，后将其转移至蓝宝石绝缘衬底表面，WSe2厚度选择2个分子层。
4.金属引出复合电极制备
利用电子束曝光方法制备金属引出复合电极图形；利用热蒸发技术制备金属引出复合电极，钯10纳米，金50纳米；结合剥离方法，剥离金属膜，获得金属引出复合电极。
5.退火处理
将样品置于真空退火炉200℃下退火2小时，确保金属引出复合电极和WSe2之间形成良好的欧姆接触。
6.极化材料层制备
在以上基础上运用旋涂方法制备极化材料P(VDF-TrFE)层，并在110℃温度下退火6小时保证P(VDF-TrFE)薄膜的结晶特性，P(VDF-TrFE)层薄膜的厚度为200纳米。
7.金属上电极制备
首先在极化材料层上通过热蒸发技术制备10纳米金属铝，再采用负胶紫外光刻及氩离子刻蚀方法获得特定图形结构的金属上电极。
8.电学测试
器件制备完成后，对二维半导体2层WSe2进行发光光谱表征(PL)。其中测试用到的激光波长为532nm，功率为2mW，光斑面积为2-3μm。分别测试未极化和向上极化时的PL光谱。200nm厚的P(VDF-TrFE)在外加电场极化后，所产生的剩余极化电场P≈7uC/cm2，该极化电场作用在2层WSe2表面，经过计算该极化电场E≈109V/m。如图3(c)所示，可以看到，2层WSe2在P(VDF-TrFE)向上的极化电场调控下，其PL峰产生明显的红移，由811.2nm移动至823.3nm，波长变化为Δλ＝12.1nm，禁带宽度约被压缩了22.5meV，即ΔEg＝22.5meV。结果说明本发明一种极化电场调控二维半导体能带结构的方法应用于二维半导体2层WSe2时，极化电场可以有效地压缩2层WSe2的带隙。同时该方法具备功耗低、简单有效等特点。

Claims (2)

1.一种极化电场调控二维半导体能带结构，其特征在于，
所述的二维半导体能带结构是将极化材料与二维半导体直接接触，由极化材料极化后所产生的极化电场来调控二维半导体的能带结构；
所需的器件结构自下而上依次为：绝缘衬底(1)、二维半导体(2)、金属引出复合电极(3)、极化材料(4)、金属上电极(5)；其中：
所述的绝缘衬底(1)为二氧化硅或石英或蓝宝石；
所述的二维半导体(2)材料，厚度为2层至5层分子层；
所述的金属引出复合电极(3)为铬和金(Cr/Au)或钛和金(Ti/Au)或钯和金(Pd/Au)的复合电极，下层金属铬或钛或钯厚度为厚度5-10纳米，上层金属金厚度为30-50纳米，且该金属引出复合电极与所述的二维半导体(2)具有良好的欧姆接触；
所述的极化材料(4)为聚偏氟乙烯基铁电聚合物，厚度为50-300纳米；
所述的金属上电极(5)为金属铝，厚度为8-10纳米。
2.一种制备如权利要求1所述的一种极化电场调控二维半导体能带结构及所需器件的方法，其特征在于包括以下步骤：
1)将绝缘衬底(1)依次通过丙酮、异丙醇、去离子水超声清洗干净；
2)采用机械剥离转移方法将二维半导体(2)转移至绝缘衬底(1)表面；
3)采用电子束光刻技术或紫外光刻技术，结合热蒸发金属及剥离工艺制备金属引出复合电极(3)，通过对样品进行200℃、2小时真空退火处理，确保二维半导体(2)与金属引出复合电极(3)具备良好的欧姆接触；
4)在以上基础上运用旋涂方法制备聚偏氟乙烯基铁电聚合物聚偏二氟乙烯(P(VDF-TrFE))极化材料(4)，并在110℃-140℃温度下退火4-6小时，保证薄膜的结晶特性和极化特性；
5)在极化材料(4)上采用电子束蒸发技术制备金属上电极(5)，结合负胶紫外光刻技术、氩离子刻蚀技术获得具有特定图形结构金属上电极。
CN201710563689.2A 2017-07-12 2017-07-12 一种极化电场调控二维半导体能带结构及制备方法 Active CN107170893B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710563689.2A CN107170893B (zh) 2017-07-12 2017-07-12 一种极化电场调控二维半导体能带结构及制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710563689.2A CN107170893B (zh) 2017-07-12 2017-07-12 一种极化电场调控二维半导体能带结构及制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107170893A true CN107170893A (zh) 2017-09-15
CN107170893B CN107170893B (zh) 2023-07-04

Family

ID=59823887

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710563689.2A Active CN107170893B (zh) 2017-07-12 2017-07-12 一种极化电场调控二维半导体能带结构及制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107170893B (zh)

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107833940A (zh) * 2017-10-20 2018-03-23 浙江大学 一种基于二维二硫化钼‑二硫化铼异质结的光电子器件、制备方法及应用
CN108493255A (zh) * 2018-02-26 2018-09-04 上海电力学院 一种电场可控的二维材料肖特基二极管
CN108760528A (zh) * 2018-05-30 2018-11-06 清华大学 材料特性检测方法
CN109449244A (zh) * 2018-10-22 2019-03-08 中国科学院上海技术物理研究所 一种二维半导体和铁电材料功能互补型超宽光谱探测器
CN109904050A (zh) * 2019-03-13 2019-06-18 中山大学 一种铁电材料极化场调控二维原子晶体场发射的器件结构及其制备方法和应用
CN110767542A (zh) * 2018-07-26 2020-02-07 中国计量科学研究院 二维材料电学性能调控系统及其调控方法
CN111029409A (zh) * 2019-10-31 2020-04-17 上海集成电路研发中心有限公司 一种性能可调的晶体管
CN111960471A (zh) * 2020-08-06 2020-11-20 天津理工大学 调控二维晶体带隙的方法
CN113716555A (zh) * 2021-08-16 2021-11-30 南通大学 一种基于石墨烯实现的二维半导体材料的结构设计
CN114371047A (zh) * 2020-10-14 2022-04-19 石家庄铁道大学 一种单层MoS2的带隙调控方法
CN109950403B (zh) * 2019-03-29 2024-03-26 中国科学院上海技术物理研究所 一种铁电场调控的二维材料pn结光电探测器及制备方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104362252A (zh) * 2014-10-16 2015-02-18 中国科学院上海技术物理研究所 一种基于二硫化钼薄膜的pvdf基铁电场效应管的制备方法
CN105047728A (zh) * 2015-06-11 2015-11-11 上海电力学院 增强二维半导体晶体材料光吸收效率的探测器及制作方法
CN106158950A (zh) * 2015-04-17 2016-11-23 北京大学 一种提高增强型GaN MOS沟道迁移率的器件结构及实现方法
JP2016213280A (ja) * 2015-05-01 2016-12-15 国立大学法人金沢大学 電界効果トランジスタ
CN106531789A (zh) * 2015-09-11 2017-03-22 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 通过极性控制实现增强型hemt的方法及增强型hemt
CN207009481U (zh) * 2017-07-12 2018-02-13 中国科学院上海技术物理研究所 一种极化电场调控二维半导体能带结构

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104362252A (zh) * 2014-10-16 2015-02-18 中国科学院上海技术物理研究所 一种基于二硫化钼薄膜的pvdf基铁电场效应管的制备方法
CN106158950A (zh) * 2015-04-17 2016-11-23 北京大学 一种提高增强型GaN MOS沟道迁移率的器件结构及实现方法
JP2016213280A (ja) * 2015-05-01 2016-12-15 国立大学法人金沢大学 電界効果トランジスタ
CN105047728A (zh) * 2015-06-11 2015-11-11 上海电力学院 增强二维半导体晶体材料光吸收效率的探测器及制作方法
CN106531789A (zh) * 2015-09-11 2017-03-22 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 通过极性控制实现增强型hemt的方法及增强型hemt
CN207009481U (zh) * 2017-07-12 2018-02-13 中国科学院上海技术物理研究所 一种极化电场调控二维半导体能带结构

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
杨帆 等: "表面态对AlGaN/GaN异质结构2DEG影响的模拟分析" *
王新胜;谢黎明;张锦: "二维半导体合金的制备、结构和性质" *

Cited By (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107833940A (zh) * 2017-10-20 2018-03-23 浙江大学 一种基于二维二硫化钼‑二硫化铼异质结的光电子器件、制备方法及应用
CN107833940B (zh) * 2017-10-20 2020-06-30 浙江大学 一种基于二维二硫化钼-二硫化铼异质结的光电子器件、制备方法及应用
CN108493255A (zh) * 2018-02-26 2018-09-04 上海电力学院 一种电场可控的二维材料肖特基二极管
CN108493255B (zh) * 2018-02-26 2021-03-02 上海电力学院 一种电场可控的二维材料肖特基二极管
CN108760528A (zh) * 2018-05-30 2018-11-06 清华大学 材料特性检测方法
CN108760528B (zh) * 2018-05-30 2019-06-18 清华大学 材料特性检测方法
CN110767542B (zh) * 2018-07-26 2020-12-08 中国计量科学研究院 二维材料电学性能调控系统及其调控方法
CN110767542A (zh) * 2018-07-26 2020-02-07 中国计量科学研究院 二维材料电学性能调控系统及其调控方法
CN109449244A (zh) * 2018-10-22 2019-03-08 中国科学院上海技术物理研究所 一种二维半导体和铁电材料功能互补型超宽光谱探测器
CN109904050A (zh) * 2019-03-13 2019-06-18 中山大学 一种铁电材料极化场调控二维原子晶体场发射的器件结构及其制备方法和应用
CN109950403B (zh) * 2019-03-29 2024-03-26 中国科学院上海技术物理研究所 一种铁电场调控的二维材料pn结光电探测器及制备方法
CN111029409A (zh) * 2019-10-31 2020-04-17 上海集成电路研发中心有限公司 一种性能可调的晶体管
CN111029409B (zh) * 2019-10-31 2023-06-02 上海集成电路研发中心有限公司 一种性能可调的晶体管
CN111960471A (zh) * 2020-08-06 2020-11-20 天津理工大学 调控二维晶体带隙的方法
CN111960471B (zh) * 2020-08-06 2022-10-25 天津理工大学 调控二维晶体带隙的方法
CN114371047A (zh) * 2020-10-14 2022-04-19 石家庄铁道大学 一种单层MoS2的带隙调控方法
CN113716555A (zh) * 2021-08-16 2021-11-30 南通大学 一种基于石墨烯实现的二维半导体材料的结构设计
CN113716555B (zh) * 2021-08-16 2023-09-26 南通大学 一种基于石墨烯实现的二维半导体材料的结构设计

Also Published As

Publication number Publication date
CN107170893B (zh) 2023-07-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107170893A (zh) 一种极化电场调控二维半导体能带结构及制备方法
Doan et al. Charge transport in MoS2/WSe2 van der Waals heterostructure with tunable inversion layer
Lee et al. Nonvolatile ferroelectric memory circuit using black phosphorus nanosheet-based field-effect transistors with P (VDF-TrFE) polymer
Chen et al. Optoelectronic properties of few-layer MoS2 FET gated by ferroelectric relaxor polymer
US9472396B2 (en) Plasma treated semiconductor dichalcogenide materials and devices therefrom
Almadori et al. Multimodal kelvin probe force microscopy investigations of a photovoltaic WSe2/MoS2 type-II interface
Yamamoto et al. Self-limiting layer-by-layer oxidation of atomically thin WSe2
US20110089404A1 (en) Microfabrication of Carbon-based Devices Such as Gate-Controlled Graphene Devices
Chang et al. Ultrasensitive photoresponsive devices based on graphene/BiI3 van der Waals epitaxial heterostructures
Nugraha et al. Enabling ambipolar to heavy n-type transport in PbS quantum dot solids through doping with organic molecules
CN207009481U (zh) 一种极化电场调控二维半导体能带结构
EP3141523B1 (en) Method of forming a nanostructure comprising nanowires and semiconductor device including the nanostructure
Dutta et al. Optical Enhancement of Indirect Bandgap 2D Transition Metal Dichalcogenides for Multi‐Functional Optoelectronic Sensors
Nipane et al. Damage-free atomic layer etch of WSe2: A platform for fabricating clean two-dimensional devices
Cho et al. Enhancement of photoresponsive electrical characteristics of multilayer MoS 2 transistors using rubrene patches
Nugraha et al. Rapid photonic processing of high-electron-mobility PbS colloidal quantum dot transistors
Wang et al. Graphene Dirac point tuned by ferroelectric polarization field
Xu et al. A graphene P–N junction induced by single-gate control of dielectric structures
Habibi et al. Facile and low-cost mechanical techniques for the fabrication of solution-processed polymer and perovskite thin film transistors
Liu et al. Dielectric engineering of Ge nanocrystal/SiO2 nanocomposite thin films with Ge ion implantation: Modeling and measurement
CN111276531A (zh) 经能量过滤冷电子装置及方法
US20140216539A1 (en) Interdigitated electrical contacts for low electronic mobility semiconductors
de Oliveira Hansen et al. In situ–directed growth of organic nanofibers and nanoflakes: Electrical and morphological properties
Rai et al. Devices and defects in two-dimensional materials: outlook and perspectives
Ge et al. Towards high-performance transistors and photodetectors with monolayer graphene through modified transfer and lithography process

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant