整流器的制作方法

1.本发明涉及纳电子学领域，特别是涉及一种整流器。


背景技术：

2.整流器是把交流电转换成直流电的装置，可用于供电装置及侦测无线电信号等，现有的整流器通常体积较大，难以应用于集成度高的亚十纳米器件电路中，整流比通常只能达到10
‑
104的整流比。
3.在实现本公开构思的过程中，发明人发现相关技术中至少存在如下问题：整流器件尺寸较大，不利于亚十纳米器件电路集成、整流比只能达到10
‑
104。


技术实现要素：

4.为克服至少部分上述问题，本发明提供了一种整流器，包括：
5.第一电极、沟道区和第二电极；
6.所述第一电极的材料包括二硫化钼；
7.所述沟道区，包括二硫化钼层和石墨烯层，所述二硫化钼层一端与所述石墨烯层连接形成平面内异质结，另一端与所述第一电极接触，所述石墨烯层另一端与所述第二电极接触；
8.所述第二电极的材料包括石墨烯。
9.可选地，所述二硫化钼层包括，硫原子层和钼原子层；
10.一层所述钼原子层夹在两层所述硫原子层中间形成三明治结构。
11.可选地，所述钼原子层与所述石墨烯层成键形成平面内异质结。
12.可选地，所述硫原子层与所述石墨烯层成键形成平面内异质结。
13.可选地，所述第一电极的二硫化钼为n型掺杂。
14.可选地，所述n型掺杂掺杂浓度的范围为1
×
10
15
cm
‑3至1
×
10
19
cm
‑3。
15.可选地，所述整流器的尺寸为亚十纳米级。
16.基于上述技术方案可知，本发明至少具有以下有益效果：
17.本发明提供了一种整流器，依次包括：第一电极、沟道区和第二电极；第一电极的材料包括二硫化钼；沟道区，包括二硫化钼层和石墨烯层，二硫化钼层一端与石墨烯层连接形成平面内异质结，另一端与第一电极接触，石墨烯层另一端与第二电极接触；第二电极的材料包括石墨烯。在本发明中，整流器因为使用二硫化钼和石墨烯这种超薄的二维材料，所以整流器尺寸小，适用于更多的场景，因为使用平面异质结构型，所以界面接触电阻小，整流器的整流比更大，整流性能更好。
附图说明
18.为了更完整地理解本发明及其优势，现在将参考结合附图的以下描述，其中：
19.图1a示意性示出了根据本发明实施例的整流器的结构示意图的俯视图；
20.图1b示意性示出了根据本发明实施例的整流器的结构示意图的左视图；
21.图2a示意性示出了根据本发明实施例的石墨烯层和硫原子层连接的结构示意图；
22.图2b示意性示出了根据本发明另一实施例的石墨烯层和钼原子层连接的结构示意图；
23.图3示意性示出了根据本发明实施例的整流器在正负偏压下的电势降示意图。
24.【附图标记说明】
[0025]1‑
第一电极
[0026]2‑
沟道区
[0027]
201
‑
二硫化钼层
[0028]
2011
‑
硫原子层
[0029]
2012
‑
钼原子层
[0030]
202
‑
石墨烯层
[0031]3‑
第二电极
具体实施方式
[0032]
以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本公开实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。
[0033]
在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。
[0034]
在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。
[0035]
图1a示意性示出了根据本发明实施例的整流器的结构示意图的俯视图，图1b示意性示出了根据本发明实施例的整流器的结构示意图的左视图。随着集成电路技术的发展，芯片中晶体管等电子器件的密度越来越大，器件尺寸也越来越小。二维材料具有原子层级别的厚度和优良的物理性质，其在低维小尺寸电子器件应用方面具有广阔前景。不同二维材料组合形成异质结，可将不同二维材料的优良性质结合在一起，实现高性能器件的设计制造。如图1a和图1b所示，本发明提供了一种整流器，该整流器包括：
[0036]
第一电极1、沟道区2和第二电极3，第一电极1的材料包括二硫化钼；沟道区2，包括二硫化钼层201和石墨烯层202，二硫化钼层201一端与石墨烯层202连接形成平面内异质结，另一端与第一电极1接触，石墨烯层202另一端与第二电极3接触；第二电极3的材料包括石墨烯。
[0037]
第一电极1和第二电极3用于与中间的沟道区2相连接，提供电势差，以便电子运动产生电流。当第一电极1电压高于第二电极3电压时为正向偏压，电子从第二电极3流向第一电极1，即电流从第一电极1流向第二电极3，对应正向电流；当第一电极1电压低于第二电极
3时为反向偏压，电子从第一电极1流向第二电极3，即电流从第二电极3流向第一电极1，对应反向电流。
[0038]
从结构上说，二硫化钼与石墨烯可在垂直方向或在平面内形成异质结。垂直异质结也就是范德瓦尔斯异质结，二硫化钼与石墨烯之间通过弱范德瓦尔斯相互作用力结合，界面没有形成化学键，因此具有较大的接触电阻，会影响整流器性能及实际应用；而二硫化钼
‑
石墨烯的平面内异质结，界面原子之间通过强共价键结合，界面接触电阻大大降低，为提高通过异质结的电流提供了可能性，因此，本发明使用二硫化钼与石墨烯平的面内异质结很好地克服了界面接触电阻大的缺点，对于设计和制造低电阻平面内异质结器件具有重要意义。
[0039]
作为一种可选实施例，第一电极1的二硫化钼为n型掺杂，掺杂浓度的范围为1
×
10
15
cm
‑3至1
×
10
19
cm
‑3。
[0040]
不同材料体系的掺杂浓度有所不同，一般通过调控掺杂浓度可以达到整流器最好的性能，在实际生产中或试验中，现有的工艺技术达不到非常高的掺杂浓度，因此难以达到整流器最好的性能，而本公开的实施例在高掺杂浓度和低掺杂浓度均可达到较高的整流比，整流器的整流稳定性较高，即使实验上合成较低掺杂浓度的整流器，也具有良好的整流性能。
[0041]
现有技术中，整流器的整流比只能达到10
‑
104，且器件尺寸较大，不利于器件电路集成；而本公开的实施例中整流器尺寸在4nm左右，在亚十纳米技术节点具有显著优势，且在尺寸更小的同时，整流比可达106。
[0042]
图2a示意性示出了根据本发明实施例的石墨烯层202和硫原子层2011连接的结构示意图；图2b示意性示出了根据本发明另一实施例的石墨烯层202和钼原子层2012连接的结构示意图。
[0043]
如图2a所示，本发明提供了一种石墨烯层202和硫原子层2011的连接关系。
[0044]
二硫化钼层201包括，钼原子层2012和硫原子层2011，一层钼原子层2012夹在两层硫原子层2011中间形成三明治结构，硫原子层2011与石墨烯层202成键形成平面内异质结。
[0045]
如图2b所示，本发明提供了另一种石墨烯层202和钼原子层2012的连接关系。
[0046]
钼原子层2012与石墨烯层202成键形成平面内异质结。
[0047]
石墨烯层202与钼原子层2012或硫原子层2011都是通过强共价键结合，界面接触电阻大大降低，因此，整流器的整流性能达到甚至超过现有技术中整流器的整流性能。
[0048]
不同材料之间的晶格常数不同，因此两种不同材料形成异质结会存在晶格失配的问题，导致在制备整流器时会产生沟道区应力，需根据所做整流器是需要较大电流还是较大整流比去选择合适的工艺。在本实施例中，需要大电流的应用，就把沟道应力施加在石墨烯层202，需要大整流比，就把沟道应力施加在二硫化钼层201，且在本实施例中，无论沟道应力加在二硫化钼层201还是石墨烯层202上，最大整流比均在104以上，有较好的整流性能，因此，发明公开的整流器的整流性能不受合成工艺的限制。
[0049]
图3示意性示出了根据本发明实施例的整流器在正负偏压下的电势降示意图，如图3所示，本发明提供了整流器在正负偏压下的电势降示意图。
[0050]
当给整流器施加正偏压时，在沟道区2，从石墨烯层202到二硫化钼层201的电势下降迅速，电子较为容易由第二电极3传输到第一电极1，使整流器具有较大的正向电流。对于
本实施例，当给整流器施加正偏压时，第二电极3的电势高于第一电极1，且在沟道区2从石墨烯层202到二硫化钼层201的电势下降均匀而且较为迅速，因而电子由第二电极3向第一电极1运动的过程中较容易到达第一电极1，因此正偏压下整流器正向电流较大。
[0051]
当给整流器施加负偏压时，石墨烯层202的电势下降平缓，因而电子难以由第一电极1到达第二电极3，因此整流器反向电流较小。对于本实施例，当给整流器施加负偏压时，第一电极1电势虽高于第二电极3，但沟道区2的电势降低主要集中在二硫化钼层201，石墨烯层202的电势下降平缓，因而电子由第一电极1向第二电极3输运的过程中难以到达第二电极3，因此负偏压下器件反向电流较小，进而整流器产生较大整流比。
[0052]
本领域技术人员可以理解，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合或/或结合，即使这样的组合或结合没有明确记载于本公开中。特别地，在不脱离本公开精神和教导的情况下，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合和/或结合。所有这些组合和/或结合均落入本公开的范围。
[0053]
尽管已经参照本公开的特定示例性实施例示出并描述了本公开，但是本领域技术人员应该理解，在不背离所附权利要求及其等同物限定的本公开的精神和范围的情况下，可以对本公开进行形式和细节上的多种改变。因此，本公开的范围不应该限于上述实施例，而是应该不仅由所附权利要求来进行确定，还由所附权利要求的等同物来进行限定。