【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于微电子工艺领域，具体涉及一种基于n型单晶金刚石和p型二维材料的pn结及其制备方法。
技术介绍
1、pn结是各种半导体器件的基础，如整流二极管、稳压二极管、发光二极管、结型场效应管和绝缘栅场效应管等，其广泛应用了pn结的单向导通性能、击穿特性和光电效应等。在硅基半导体中，pn结受到禁带宽度等材料性质，在高速、高功率器件中已经不能满足性能需求。
2、金刚石是一种具有宽禁带（~5.5ev）、高热导率（20w/cm·k）、高击穿场强、高化学稳定性的半导体材料。其电子迁移率约是si的电子迁移率3倍，空穴迁移率则是si空穴迁移率的4倍。由于其优异的性能，甚至可以应用于高温、辐射等极端环境。在电子器件领域，金刚石将拥有广阔的应用前景。虽然p型金刚石半导体已经较为成熟，但是n型掺杂的缺失使得金刚石pn结迟迟不能实现，作为“终极半导体”的金刚石的优异性质迟迟不能在器件中得到应用。二维材料的关键结构特征是其厚度很小，当厚度缩小到纳米级甚至原子水平时，光生载流子可以通过极短的距离从体相运输到表面。这种载流子迁移距离的减少显著地抑制了电荷传输过程中的电子和空穴复合，并为表面反应保留了更多的载流子，利于表面化学反应的高效稳定进行，提高器件性能。因此金刚石材料和二维材料的优势和缺点都十分明显，如果能够将两者结合，克服自身缺点，发挥协调优点能得到高性能pn结，但是现有技术还没有进行过相关研究。
技术实现思路
1、针对以上问题，本专利技术的提出了一种基于n型单晶金刚石和p型二维材料的pn
2、本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
3、一方面，本专利技术提供一种基于n型单晶金刚石和p型二维材料的pn结的制备方法，包括以下步骤：
4、准备金刚石衬底，对金刚石衬底进行表面清洁处理；
5、外延硼-氧共掺n型单晶金刚石层，采用mpcvd工艺，通入刻蚀气体、硼源和氧源，在金刚石衬底上沉积硼-氧共掺的单晶金刚石，得到硼-氧共掺n型金刚石层，所述硼源和氧源中，硼、氧元素比为1:1~1:5；
6、制备p型二维材料，在外延硼-氧共掺n型金刚石层上转移键合或者生长p型二维材料层；
7、电极制备，利用光刻工艺，刻蚀掉部分p型二维材料层作为n型金刚石的电极区域，在电极区域制备n电极，在p型二维材料层上制备p电极，完成金刚石pn结的制备。
8、优选地，金刚石衬底的表面处理包括对金刚石衬底进行抛光和表面清洁处理。
9、优选地，所述表面清洁方式为浓酸浸泡后超声清洗，并干燥。
10、优选地，所述刻蚀气体包括氢气、氢气-氩气混合气体及氢气-氧气混合气体中的任意一种。
11、优选地，所述硼-氧共掺n型单晶金刚石层的厚度为10nm~500μm。
12、优选地，所述碳源气体包括甲烷、乙醇蒸汽、丙酮蒸汽和二氧化碳中的任意一种。
13、优选地，外延硼-氧共掺n型金刚石层的工艺参数如下：
14、温度为750~900℃，微波功率为3.7kw~6.0kw，压强为160~210mbar，刻蚀气体流量为200~550sccm，碳源气体浓度为4%~8%的条件下，同时通入硼源烷气体1~20sccm，氧源气体0.1~10sccm。
15、优选地，硼-氧共掺n型金刚石层及p型二维材料层的厚度均为5nm~200nm。
16、优选地，所述硼-氧共掺n型金刚石层中硼和氧掺杂元素浓度级别为1016~1021cm-3。
17、优选地，所述p型二维材料包括二硫化钼、2h-mote2。
18、另一方面，本专利技术保护一种基于n型单晶金刚石和p型二维材料的pn结，采用上述所述制备方法所制备。
19、与现有技术相比，本专利技术有益效果如下：
20、本专利技术通过mpcvd的共掺技术，以b2h6和o2作为掺杂源，形成b、o共掺杂结构，获得了高电子浓度和高电子迁移率的硼氧共掺n型金刚石层，解决了困扰业界的难题。并基于硼-氧共掺杂n型金刚石层，将制备的p型二维材料层以图形化转移的方式转移到n型金刚石的衬底上，得到电性能优异的金刚石pn结。
21、本专利技术充分利用了金刚石本身的特性和p型二维材料的特性，克服各自的缺点，发挥各自优点，使得所制备的pn结相比现有材料制成的pn结能够承受更大的电压、产生更小的漏电流，形成更好的导通与截止性质。
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1.一种基于N型单晶金刚石和P型二维材料的PN结的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述基于N型单晶金刚石和P型二维材料的PN结的制备方法，其特征在于：所述刻蚀气体包括氢气、氢气-氩气混合气体、氢气-氧气混合气体。
3.根据权利要求1所述基于N型单晶金刚石和P型二维材料的PN结的制备方法，其特征在于：所述外延硼-氧共掺N型金刚石层的厚度为10nm~500μm。
4.根据权利要求1所述基于N型单晶金刚石和P型二维材料的PN结的制备方法，其特征在于：所述碳源气体包括甲烷、乙醇蒸汽、丙酮蒸汽和二氧化碳中的任意一种。
5.根据权利要求1所述基于N型单晶金刚石和P型二维材料的PN结的制备方法，其特征在于：外延硼-氧共掺N型金刚石层的工艺参数如下：
6.根据权利要求1所述基于N型单晶金刚石和P型二维材料的PN结的制备方法，其特征在于：硼-氧共掺N型金刚石层及P型二维材料层的厚度均为5nm~200nm。
7.根据权利要求1所述基于N型单晶金刚石和P型二维材料的PN结的制备方法，其特征在于：所述硼-氧共
8.根据权利要求1所述基于N型单晶金刚石和P型二维材料的PN结的制备方法，其特征在于：所述P型二维材料包括二硫化钼、2H-MoTe2。
9.一种基于N型单晶金刚石和P型二维材料的PN结，其特征在于，采用权利要求1-8任意一项所述制备方法所制备。
...【技术特征摘要】
1.一种基于n型单晶金刚石和p型二维材料的pn结的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述基于n型单晶金刚石和p型二维材料的pn结的制备方法，其特征在于：所述刻蚀气体包括氢气、氢气-氩气混合气体、氢气-氧气混合气体。
3.根据权利要求1所述基于n型单晶金刚石和p型二维材料的pn结的制备方法，其特征在于：所述外延硼-氧共掺n型金刚石层的厚度为10nm~500μm。
4.根据权利要求1所述基于n型单晶金刚石和p型二维材料的pn结的制备方法，其特征在于：所述碳源气体包括甲烷、乙醇蒸汽、丙酮蒸汽和二氧化碳中的任意一种。
5.根据权利要求1所述基于n型单晶金刚石和p型二维材料的pn结的制备方法，其特征...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘胜，吴改，沈威，李瑞，张栋梁，汪启军，孙祥，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：
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