一种柔性横向肖特基整流二极管、制备方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种柔性横向肖特基整流二极管、制备方法及系统，属于半导体器件技术领域，所述方法包括：在刚性衬底上生长二维过渡金属硫化物材料；控制二维过渡金属硫化物材料的生长过程的温度，使生长过程结束后，产生包含金属相和半导体相的二维材料；将二维材料转移至柔性衬底上；分别在所述二维材料的金属相和半导体相上生长金属电极，得到横向的肖特基整流二极管。本发明专利技术通过使同种二维过渡金属硫化物材料之间形成半导体相与金属相的横向异质结，并分别在二维材料的金属相和半导体相上生长金属电极，使得生成的横向肖特基整流二极管具有非常小的寄生电容，截止频率高，能够在高频下工作。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性横向肖特基整流二极管、制备方法及系统
本专利技术属于半导体器件
，更具体地，涉及一种柔性横向肖特基整流二极管、制备方法及系统。
技术介绍
柔性材料因其柔软、透明、耐用、轻薄、外观新颖等特点而取得了越来越多的应用，比如可穿戴的电子设备，柔性显示面板，透明电路、电子皮肤、电子纸等。与传统采用刚性材料的无线充电装置相比，柔性无线能量收集系统的优势有三点，一是柔性材料，可用于可穿戴、医疗等应用场景，而刚性材料难以满足；二是可以灵活地收集环境中的WiFi能量；三是柔性衬底材料价格低廉，可大面积制备。其中，柔性二极管的应用也越来越广泛，然而现有的柔性二极管普遍采用纵向肖特基结，使得寄生电容比较大，在高频下的整流效果不好。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷和改进需求，本专利技术提供了一种柔性横向肖特基整流二极管、制备方法及系统，其目的在于解决现有的柔性二极管无法在高频下整流的问题。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种柔性横向肖特基整流二极管的制备方法，包括以下步骤：S1：在刚性衬底上生长二维过渡金属硫化物材料；S2：控制所述二维过渡金属硫化物材料的生长过程的温度，以产生包含金属相和半导体相的二维材料；S3：将所述二维材料转移至柔性衬底上；S4：分别在所述二维材料的金属相和半导体相上生长金属电极，得到横向的肖特基整流二极管。进一步地，所述步骤S4包括：在所述二维材料上匀一层光刻胶，用光刻掩膜版进行光刻显影；用物理气相沉积分别在金属相和半导体相的二维材料上淀积金属作为电极，并使用丙酮剥离多余的光刻胶和金属，从而分别在所述二维材料的金属相和半导体相上生长金属电极。进一步地，所述金属电极包括淀积于所述二维材料的金属相上的第一金属电极和淀积于所述二维材料的半导体相上的第二金属电极；其中，所述第一金属电极材料为金属Pt，所述第二金属电极材料为金属Au。进一步地，所述步骤S2包括：控制所述二维过渡金属硫化物材料的生长过程的温度，使所述生长过程的反应初温与反应末温产生温差，从而使生长过程结束后，产生包含金属相和半导体相的二维材料。进一步地，所述步骤S3包括：通过干法转移或湿法转移流程，将所述二维材料转移至柔性衬底上。进一步地，所述二维过渡金属硫化物材料包括以下之一：MoS2，MoSe2，MoTe2，WS2，WSe2，WTe2。本专利技术另一方面提供了一种柔性横向肖特基整流二极管，包括：包含金属相和半导体相的二维材料、柔性衬底、第一金属电极，第二金属电极；其中，所述二维材料位于所述柔性衬底上；所述第一金属电极位于所述二维材料的金属相上，所述第二金属电极位于所述二维材料的半导体相上，从而形成横向的肖特基整流二极管；其中，所述二维材料由二维过渡金属硫化物材料加热得到。进一步地，所述二维过渡金属硫化物材料包括以下之一：MoS2，MoSe2，MoTe2，WS2，WSe2，WTe2。本专利技术另一方面提供了一种柔性无线能量收集系统，包括：能量源，整流器，能量储存设备；其中，所述整流器基于所述柔性横向肖特基整流二极管构成。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：(1)本专利技术基于二维过渡金属硫化物材料具有两种不同的1T相(金属相)和2H相(半导体相)，通过控制二维过渡金属硫化物材料的生长过程中温度的变化，使生长过程结束后，产生金属相和半导体相的二维材料，用比较简单的工艺形成了半导体相与金属相二维材料的异质结。(2)通过在金属相和半导体相的二维材料上方分别生长金属电极，由于半导体相的二维材料与金属电极之间形成了横向肖特基结，相比于纵向肖特基结接触电阻变小，从而使得本专利技术制备的横向肖特基整流二极管具有非常小的寄生电容，截止频率高，能够在高频下工作，满足WiFi频段无线能量收集的要求。附图说明图1为本专利技术提供的一种柔性横向肖特基整流二极管的制备方法的流程示意图；图2为传统纵向肖特基整流二极管的剖面图；图3为本专利技术提供的具有金属相与半导体相二维材料的异质结的剖面图；图4为本专利技术提供的转移到柔性衬底上的金属相与半导体相二维材料的异质结剖面图；图5和图6分别为本专利技术提供的一种柔性横向肖特基整流二极管的剖面图和俯视图；在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或者结构，其中：1为顶部的金属电极，2为半导体材料，3为底部的金属电极，4为金属相的二维材料，5为半导体相的二维材料，6为底部的柔性衬底，7为第一金属电极，8为第二金属电极。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。在本专利技术中，本专利技术及附图中的术语“第一”、“第二”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。传统的用于柔性能量收集的肖特基二极管如图1所示，由于采用了纵向肖特基结，金属电极与半导体材料的接触面积大，使得寄生电容比较大，在高频下的整流效果不好，无法满足Wi-Fi频段的整流要求。而类似二硫化钼(MoS2)和碲化钼(MoTe2)的二维过渡金属硫化物材料，由于层内原子间通过共价键连接，层与层之间通过范德华力连接，从而具有良好的柔性且厚度超薄，并且具有两种不同的1T相(金属相)和2H相(半导体相)，能够通过一定的工艺使同种材料之间形成金属相与半导体相的异质结，因此，本专利技术基于此制备了一种柔性横向肖特基整流二极管。如图2所示，为本专利技术实施例提供的一种柔性横向肖特基整流二极管的制备方法流程图，包括以下步骤：S1：在刚性衬底上生长二维过渡金属硫化物材料；其中，二维过渡金属硫化物材料包括以下之一：MoS2，MoSe2，MoTe2，WS2，WSe2，WTe2。具体地，选取刚性衬底(如硅)并进行清洗，称量源并放样，以化学气相沉积CVD生长MoTe2为例，源为MoO3、NaCl和Te。S2：控制所述二维过渡金属硫化物材料的生长过程的温度，以产生包含金属相和半导体相的二维材料；具体地，通过加热使源蒸发，利用载气将源带到衬底处，发生化学反应并最终沉积在衬底上，在反应过程中，通过设置炉管参数控制所述二维过渡金属硫化物材料的生长过程的温度，使生长过程结束后，产生包含金属相和半导体相的二维材料；其中，生长过程的反应初温与末温相差越大，则所述二维材料包含半导体相的比例越高。如图3所示，为本专利技术提供的具有金属相与半导体相二维材料的异质结的剖面图。同样以化学气相沉积CVD生长MoTe2为例，源的质量：MoO3(7mg)、NaCl(1.5mg)、Te(0.3g)，生长压强：常压，载气流量：Ar(40sccm)、H本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种柔性横向肖特基整流二极管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1：在刚性衬底上生长二维过渡金属硫化物材料；/nS2：控制所述二维过渡金属硫化物材料的生长过程的温度，以产生包含金属相和半导体相的二维材料；/nS3：将所述二维材料转移至柔性衬底上；/nS4：分别在所述二维材料的金属相和半导体相上生长金属电极，得到横向的肖特基整流二极管。/n

【技术特征摘要】
1.一种柔性横向肖特基整流二极管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：在刚性衬底上生长二维过渡金属硫化物材料；
S2：控制所述二维过渡金属硫化物材料的生长过程的温度，以产生包含金属相和半导体相的二维材料；
S3：将所述二维材料转移至柔性衬底上；
S4：分别在所述二维材料的金属相和半导体相上生长金属电极，得到横向的肖特基整流二极管。


2.根据权利要求1所述的柔性横向肖特基整流二极管的制备方法，其特征在于，所述步骤S4包括：
在所述二维材料上匀一层光刻胶，用光刻掩膜版进行光刻显影；
用物理气相沉积分别在金属相和半导体相的二维材料上淀积金属作为电极，并使用丙酮剥离多余的光刻胶和金属，从而分别在所述二维材料的金属相和半导体相上生长金属电极。


3.根据权利要求2所述的柔性横向肖特基整流二极管的制备方法，其特征在于，所述金属电极包括淀积于所述二维材料的金属相上的第一金属电极和淀积于所述二维材料的半导体相上的第二金属电极；其中，所述第一金属电极材料为金属Pt，所述第二金属电极材料为金属Au。


4.根据权利要求1所述的柔性横向肖特基整流二极管的制备方法，其特征在于，所述步骤S2包括：
控制所述二维过渡金属硫化物材料的生长过程的温度，使所述生长过程的反应初温与反应末温产生温差，从而使生长过程结束后，产生包含金属相和半导体相的二维材料。


5.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：李学飞，童安泽，吴燕庆，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42