关键词：
二维过渡金属硫属化物
化学气相沉积
外延生长
异质结
晶圆级
摘要：
二维过渡金属硫属化物以其优异的性能近年来得到了科学和产业界的广泛关注和研究兴趣。其中,单层二硫化钼和二硒化钼是最具代表性的半导体材料,在电子器件和光电器件方面具有巨大的应用潜力。过渡金属硫属化物不仅可以形成原子级薄的单层,并且可以通过不同单层材料的组合,形成异质结构,包括横向异质结和垂直异质结,具有新奇的可调控物理性能,为实现功能化的器件应用拓宽了道路。为了实现这些新型二维半导体的实际应用,大面积高质量的过渡金属硫属化物单层薄膜及其异质结的可控制备是一个重要的研究课题。本文采用化学气相沉积的方法进行晶圆级二维材料生长并进行了器件的制备和表征,主要取得的研究结果如下:1)实现了单层二硒化钼连续薄膜的4英寸晶圆外延生长。以蓝宝石衬底作为外延生长的衬底,利用三温区化学气相沉积系统,采用多源控制的生长方法,得到了4英寸晶圆级单层二硒化钼的连续薄膜。晶圆尺寸薄膜的结构和光谱学表征表明薄膜在大面积范围具有很好的均匀性。基于生长的单层二硒化钼制备的场效应晶体管器件的电流开关比可达10～7。此外,通过化学气相沉积法也成功制备了二硒化钼的横向异质结。2)实现了过渡金属硫属化物双层垂直异质结的2英寸晶圆外延生长。采用两步化学气相沉积的生长方法在蓝宝石衬底上得到了2英寸晶圆尺寸的双层垂直异质结的连续薄膜。异质结由两种材料的单层薄膜组成,具有干净的界面以及很好的大面积均匀性。由异质结制备的器件具有良好的光电性能,光响应时间可达几十微秒。3)构筑了基于单层二硫化钼薄膜的可拉伸场效应晶体管器件。采用化学气相沉积方法生长得到的单层二硫化钼薄膜作为场效应晶体管器件的沟道材料,通过预拉伸的方法制备了弹性衬底上的可拉伸器件。器件具有褶皱的结构使其能够承受较大应力,并且可以在拉伸前后重复稳定地工作。对可拉伸的二硫化钼场效应晶体管器件进行了在光电突触方面的应用探索,展示了良好的图像识别准确率。
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