二维材料半导体元件制造技术

本发明专利技术是一种二维材料半导体元件，包含有一基板、一第一层以及一第二层，该第一层是由第一二维材料所组成且覆盖于该基板的表面，该第二层是由第二二维材料所组成且覆盖于该第一层的表面，该第二二维材料的能隙小于该第一二维材料的能隙。借此，可作出无表面缺陷的二维材料通道层，并有效提升载子迁移率。并有效提升载子迁移率。并有效提升载子迁移率。

【技术实现步骤摘要】
二维材料半导体元件


[0001]本专利技术是与半导体有关，特别是指一种二维材料半导体元件。

技术介绍

[0002]传统三维材料如硅有许多表面悬键(dangling bond)，当晶体管或二极管等半导体元件的尺寸越做越小时，其中通道层的厚度势必为缩小至数纳米，届时这些悬键对载子迁移率的影响将明显提升，使相同电压下该通道层能通过的载子或电流将明显降低，为提高通过电流，势必得增加电压，然此举又不符合低功耗或低电压的需求，因此，目前有尝试采用无表面悬键的二维材料来制作半导体元件，期能在尺寸缩小的情况下仍能维持高性能操作。
[0003]二维材料虽然无表面悬键，然在三维材料(如二氧化硅或蓝宝石)基板上成长二维材料其介面缺陷却无可避免，此介面缺陷同样会降低二维材料中的载子迁移率，因此，如何能以二维材料作出无表面缺陷的通道层，是业界亟欲解决的课题。此外，二维材料一旦接触空气容易氧化，造成其半导体特性的弱化，同样是本领域所面临的技术挑战。

技术实现思路

[0004]本专利技术的一目的在于提供一种二维材料半导体元件，可以二维材料作出无表面缺陷的通道层，有效提升载子迁移率，且可避免氧化造成的半导体特性弱化。
[0005]为了达成上述目的，本专利技术的二维材料半导体元件包含有一基板、一第一层以及一第二层，该第一层是由第一材料所组成且覆盖于该基板的表面，该第二层是由第二材料所组成且覆盖于该第一层的表面，该第二材料的能隙小于该第一材料的能隙。借此，可作出无表面缺陷的二维材料通道层，并能有效提升载子迁移率。
>附图说明
[0006]图1为本专利技术第一较佳实施例的二维材料半导体元件的剖视图；
[0007]图2为本专利技术第一较佳实施例的二维材料半导体元件应用至晶体管的示意图；
[0008]图3为本专利技术第二较佳实施例的二维材料半导体元件的剖视图。
[0009]【符号说明】
[0010]1,1a二维材料半导体元件
[0011]10基板
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11表面
[0012]14第一层
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15表面
[0013]18第二层
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19表面
[0014]20第三层
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22氧化层
[0015]30晶体管
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32源极/漏极
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34绝缘层
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36栅极
具体实施方式
[0017]以下通过二较佳实施例配合附图，详细说明本专利技术的
技术实现思路
及特征，如图1所示，是本专利技术第一较佳实施例所提供的二维材料半导体元件1，包含有一基板10、一第一层14、一第二层18、以及一氧化层22。
[0018]该基板10的材质为一三维材料即硅(Si)，于其他实施例，该基板10材质可采用镀二氧化硅的硅(SiO2/Si)、蓝宝石(sapphire)、石英(quartz)、碳化硅(SiC)、氮化铝(AlN)、氮化镓(GaN)、云母片(mica)、镀氮化硅的硅(SiN
x
/Si)或其他适合材料。
[0019]该第一层14是由第一材料所组成且覆盖于该基板10的表面11，厚度约小于10nm，该第一材料为二维材料即二硫化钨(WS2)，其价带与传导带之间的能隙为2.0eV。
[0020]该第二层18是由第二材料所组成且覆盖于该第一层14的表面15，厚度约小于5nm，该第二材料为二维材料即硒化铟(InSe)，其价带与传导带之间的能隙为1.4eV，较该第一材料的能隙为窄。
[0021]该氧化层22覆盖于该第二层18的表面19，厚度约小于5nm，该氧化层22的材质为三氧化二铝(Al2O3)。
[0022]由于该第一层14是沉积于三维材料的该基板10上，无可避免会有介面缺陷存在该第一层14与该基板10的介面，然该第二层18是成长于同为二维材料的该第一层14上，因为二维层状材料表面没有悬键(dangling bond)，不会造成界面层键结，可避免缺陷产生，如此即可得到无表面缺陷的二维材料层，且由于该第二材料的能隙小于该第一材料的能隙，可形成类似在AlGaN/GaN界面常见的二维电子气(2DEG)，使得邻近该第一层14的该第二层18中形成位能井，其中的载子迁移率可获得有效提升，本文将此双层宽窄能隙二维材料所构成的通道称为超级通道(super channel)，可应用至晶体管或二极管的通道层，详如下述，此外，覆盖在该第二层18表面19的该氧化层22，可避免该第二层18接触空气而氧化，以避免造成半导体特性的弱化，从而达成本专利技术的目的。
[0023]如图2所示，是将本专利技术的二维材料半导体元件1应用至晶体管30的示意图，首先，取一该二维材料半导体元件1，通过涂布光阻、显影、蚀刻等制程将位于该二维材料半导体元件1两端的该氧化层22移除，开洞深度并到达该第二层18的局部，接着沉积金属材质当做源极/漏极32，然后再沉积一绝缘层34于该源极/漏极32与该氧化层22上，最后再将栅极36形成于该绝缘层34上，如此即形成一晶体管30。由于该晶体管30利用该第一层14与该第二层18作为通道层，不仅厚度仅数纳米，且其中的超级通道具有相当高的载子迁移率，因此，相较于现有技术，该晶体管30不仅尺寸缩小更能维持高性能操作。
[0024]基于本专利技术的精神，该第一层14与该第二层18可选用其他二维材料，只要该第二材料的能隙较该第一材料的能隙窄即可，例如，该第一材料可采用二硫化钨(WS2)、硒化镓(GaSe)、二硒化钨(WSe2)、二硫化钼(MoS2)或二硒化钼(MoSe2)，该第二材料可采用硒化铟(InSe)、二硫化钼(MoS2)、二碲化钼(MoTe2)或二碲化钨(WTe2)，该第一材料/该第二材料可变化搭配方式，例如：二硫化钨(WS2)/硒化铟(InSe)、硒化镓(GaSe)/硒化铟(InSe)、二硒化钨(WSe2)/硒化铟(InSe)、二硫化钼(MoS2)/硒化铟(InSe)、二硒化钼(MoSe2)/硒化铟(InSe)、二硫化钼(MoS2)/二碲化钼(MoTe2)、硒化镓(MoTe2/GaSe)/二碲化钼(MoTe2)、二硒化钼(MoSe2)/二碲化钼(MoTe2)、二硫化钨(WS2)/二碲化钼(MoTe2)、二硒化钨(WSe2)/二碲化钼(MoTe2)、二硫化钼(MoS2)/二碲化钨(WTe2)、硒化镓(GaSe)/二碲化钨(WTe2)、二硒化钼
(MoSe2)/二碲化钨(WTe2)、二硫化钨(WS2)/二碲化钨(WTe2)或二硒化钨(WSe2)/二碲化钨(WTe2)，这些组合均可形成前述超级通道。
[0025]此外，该氧化层22除外三氧化二铝(Al2O3)，亦可选用其他材质，例如氧化铪(Hf)、三氧化二铟(In2O3)、氧化钆(Gd2O3)、氧化锌(ZnO)、二氧化钛(TiO2)、二氧化镍(NiO2)、三氧化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种二维材料半导体元件，其特征在于，包含有：一基板；一第一层，是由第一材料所组成且覆盖于该基板的表面；以及一第二层，是由第二材料所组成且覆盖于该第一层的表面，该第二材料的能隙小于该第一材料的能隙。2.根据权利要求1所述的二维材料半导体元件，其特征在于，还包含有一第三层，是由第三材料所组成且覆盖于该第二层的表面，该第三材料的能隙大于该第二材料的能隙。3.根据权利要求2所述的二维材料半导体元件，其特征在于，其中该第二材料为硒化铟(InSe)、二硫化钼(MoS2)、二碲化钼(MoTe2)或二碲化钨(WTe2)，该第三材料为二硫化钨(WS2)、硒化镓(GaSe)、二硒化钨(WSe2)、二硫化钼(MoS2)或二硒化钼(MoSe2)。4.根据权利要求3所述的二维材料半导体元件，其特征在于，其中该第二材料/该第三材料的搭配为硒化铟(InSe)/二硫化钨(WS2)、硒化铟(InSe)/硒化镓(GaSe)、硒化铟(InSe)/二硒化钨(WSe2)、硒化铟(InSe)/二硫化钼(MoS2)、硒化铟(InSe)/二硒化钼(MoSe2)、二碲化钼(MoTe2)/二硫化钼(MoS2)、二碲化钼(MoTe2)/硒化镓(MoTe2/GaSe)、二碲化钼(MoTe2)/二硒化钼(MoSe2)、二碲化钼(MoTe2)/二硫化钨(WS2)、二碲化钼(MoTe2)/二硒化钨(WSe2)、二碲化钨(WTe2)/二硫化钼(MoS2)、二碲化钨(WTe2)/硒化镓(GaSe)、二碲化钨(WTe2)/二硒化钼(MoSe2)、二碲化钨(WTe2)/二硫化钨(WS2)或二碲化钨(WTe2)/二硒化钨(WSe2)。5.根据权利要求1所述的二维材料半导体元件，其中该基板的材质为硅(Si)、镀二氧化硅的硅(SiO2/Si)、蓝宝石(sapphire)、石英(quartz)、碳化硅(SiC)、氮化铝(AlN)、氮化镓(GaN)、云母片(mica)或镀...

【专利技术属性】
技术研发人员：何焱腾，陈乃榕，
申请(专利权)人：瑞砻科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：