一种制作二维材料电子器件的方法及二维材料电子器件

本发明涉及二维材料的，特别是涉及一种制作二维材料电子器件的方法及二维材料电子器件。

背景技术：

1、由于材料尺寸维度的限制，低维材料中电子只能在低维空间中自由运动。石墨烯、二硫化钼、碳纳米管、富勒烯等都是低维材料的典型代表，这些材料以其优异且独特的电学、磁学、光学、力学特性和所蕴含的丰富物理现象，在世界范围内占据了凝聚态物理等基础学科领域中的重要地位。在当前半导体器件不断小型化及柔性化的主流趋势下，二维半导体材料由于其本身结构优势及电学性质特点，在先进半导体的发展中有巨大潜力。以石墨烯为代表的二维范德华层状材料具有独特的电学、光学、力学、热学等性质，在电子、光电子、能源、环境、航空航天等领域具有广阔的应用前景。

2、石墨烯的发现掀起了二维(2d)材料研究的热潮，但是石墨烯的零带隙严重制约了其在某些领域的应用。过渡金属硫化物(transition metal dichalcogenides，tmds)是一种层状结构，与单原子层的石墨烯结构相似，由两层硫族原子把一层过渡金属原子夹在中间，形成类似三明治形式(x-m-x)的层状结构。以mos2为代表的2d过渡金属硫化物(tmdcs)由于具有特殊的能带结构、半导体或超导性质以及优秀的机械性能等，在纳米电子器件和光电子学等诸多领域具有广阔的应用前景。

3、制备无杂质且结构完整非断裂的高质量二维材料，是保证高传输性能的重要基础。由于二维材料生长普遍具有制备材料存在缺陷的问题，这一缺陷导致二维材料质量不高，传输性能较差。

4、目前二维材料电子器件的制作，对二维材料搭建电极的方法无法在分子原子层面构建可靠传输通路，电极-材料接触面仅存在范德华力，这在造成界面接触不稳定的同时更会影响材料传输性能，极大影响材料器件成型的稳定性和可靠性。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决现有方法制得的二维材料电子器件质量不高的技术问题，提供一种制作二维材料电子器件的方法及二维材料电子器件。

2、为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种制作二维材料电子器件的方法，包括以下步骤：1)制作沟道宽度满足二维材料电子传输的金属电极；2)使用自上而下或自下而上的方法生长二维过渡金属硫族化合物tmds材料；3)将步骤2)生长的二维材料从基底释放；4)将步骤1)得到的金属电极和/或步骤3)得到的二维材料使用双硫族元素化合物进行化学湿法处理；5)将步骤3)中释放的二维材料转移至所述金属电极上。

4、在本发明的一些实施例中，步骤1)中，采用电子束蒸镀或光刻或湿法刻蚀制作所述金属电极。

5、在本发明的一些实施例中，步骤2)中，所述自上而下的方法为机械剥离、液相剥离或离子插层方法，所述自下而上的方法为化学气相沉积cvd、分子束外延法或纳米片方法。

6、在本发明的一些实施例中，步骤3)中，将步骤2)生长的二维材料通过胶带剥离或氢氟酸hf刻蚀方法从基底释放。

7、在本发明的一些实施例中，步骤3)中，对所述二维材料进行聚甲基丙烯酸甲酯pmma旋涂保护以保证其结构完整非断裂。

8、在本发明的一些实施例中，步骤4)中，使用所述双硫族元素化合物对所述金属电极或所述二维材料进行浸泡处理，浸泡时间在10s以上。

9、在本发明的一些实施例中，所述双硫族元素化合物为1,2-乙二硫醇、1,4-苯二硫醇或2-巯基乙醇。

10、在本发明的一些实施例中，步骤5)中，所述转移包括用湿法转移或电子束光刻，使所述二维材料搭在两电极沟道之间并反应30s以上；若有液体残留等待其完全干燥。

11、在本发明的一些实施例中，所述二维过渡金属硫族化合物tmds材料为二硫化钼mos2、二硫化钨ws2、硒化钨wse2或硒化铋bi2se3。

12、本发明还提供一种如上任一项所述的制作二维材料电子器件的方法制作二维材料电子器件。

13、本发明具有如下有益效果：

14、本发明提出的制作二维材料电子器件的方法，通过先制作沟道宽度满足二维材料电子传输的金属电极；使用自上而下或自下而上的方法生长二维过渡金属硫族化合物tmds材料并从基底释放；将上述金属电极和/或得到的二维材料使用双硫族元素化合物进行化学湿法处理之后，再将释放的二维材料转移至所述金属电极上，由此，本发明能够生成纯净无裂痕的二维材料，提高二维材料的质量，制得的二维材料厚度超薄，鲁棒性强，避免了由于二维材料本身质量不高导致的传输性能差的问题，显著改善二维材料及二维材料电子器件传输性能，测试表明，在减少电极接触电阻提升制得的二维材料稳定性的同时，制得的二维材料可将测试信号提升3个数量级，其信号传输效率、信噪比、响应及恢复时间均有大幅提升；且本发明操作简单，结合特异性强。

15、本发明实施例中的其他有益效果将在下文中进一步述及。

技术特征：

1.一种制作二维材料电子器件的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的制作二维材料电子器件的方法，其特征在于，步骤1)中，采用电子束蒸镀或光刻或湿法刻蚀制作所述金属电极。

3.如权利要求1所述的制作二维材料电子器件的方法，其特征在于，步骤2)中，所述自上而下的方法为机械剥离、液相剥离或离子插层方法，所述自下而上的方法为化学气相沉积cvd、分子束外延法或纳米片方法。

4.如权利要求1所述的制作二维材料电子器件的方法，其特征在于，步骤3)中，将步骤2)生长的二维材料通过胶带剥离或氢氟酸hf刻蚀方法从基底释放。

5.如权利要求4所述的制作二维材料电子器件的方法，其特征在于，步骤3)中，对所述二维材料进行聚甲基丙烯酸甲酯pmma旋涂保护以保证其结构完整非断裂。

6.如权利要求1至5任一项所述的制作二维材料电子器件的方法，其特征在于步骤4)中，使用所述双硫族元素化合物对所述金属电极或所述二维材料进行浸泡处理，浸泡时间在10s以上。

7.如权利要求6所述的制作二维材料电子器件的方法，其特征在于，所述双硫族元素化合物为1,2-乙二硫醇、1,4-苯二硫醇或2-巯基乙醇。

8.如权利要求1至7任一项所述的制作二维材料电子器件的方法，其特征在于，步骤5)中，所述转移包括用湿法转移或电子束光刻，使所述二维材料搭在两电极沟道之间并反应30s以上；若有液体残留等待其完全干燥。

9.如权利要求1至8任一项所述的制作二维材料电子器件的方法，其特征在于，所述二维过渡金属硫族化合物tmds材料为二硫化钼mos2、二硫化钨ws2、硒化钨wse2或硒化铋bi2se3。

10.一种由权利要求1至9任一项所述的制作二维材料电子器件的方法制作二维材料电子器件。

技术总结
本发明公开了一种制作二维材料电子器件的方法及二维材料电子器件，该方法包括步骤：1)制作沟道宽度满足二维材料电子传输的金属电极；2)使用自上而下或自下而上的方法生长二维过渡金属硫族化合物TMDs材料；3)将步骤2)生长的二维材料从基底释放；4)将步骤1)得到的金属电极和/或步骤3)得到的二维材料使用双硫族元素化合物进行化学湿法处理；5)将步骤3)中释放的二维材料转移至所述金属电极上。本发明能够提高二维材料的质量，制得的二维材料厚度超薄，鲁棒性强，大幅提升了二维材料电子器件的传输性能；且本发明操作简单。

技术研发人员：孙树清,安栩瑶
受保护的技术使用者：清华大学深圳国际研究生院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15