阅读说明：本技术 一种掺杂二维半导体的原位制备方法 (In-situ preparation method of doped two-dimensional semiconductor ) 是由 张希威 孟丹 田俊龙 于 2019-09-17 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种掺杂二维半导体的原位制备方法。本发明由原子层沉积系统实现,包含数个超反应循环,每个超反应循环均包含2m个用于生长本体材料的亚反应循环和1个用于提供杂质元素的亚反应循环。每个超反应循环中的亚反应循环的顺序为：先进行m个用于生长本体材料的亚反应循环,再进行1个用于提供杂质元素的亚反应循环,最后再进行m个用于生长本体材料的亚反应循环。本发明采用原子层沉积工艺实现原位掺杂制备二维半导体材料,既可以获得高质量的二维层状半导体,又能够通过调控亚反应循环次数,精确调控掺杂浓度。(The invention discloses an in-situ preparation method of a doped two-dimensional semiconductor. The invention is realized by an atomic layer deposition system, comprising a plurality of super reaction cycles, wherein each super reaction cycle comprises 2m sub reaction cycles for growing the bulk material and 1 sub reaction cycle for providing the impurity element. The sequence of the sub-reaction cycles in each hyper-reaction cycle is: m sub-reaction cycles for growing the bulk material are performed first, then 1 sub-reaction cycle for providing the impurity element is performed, and finally m sub-reaction cycles for growing the bulk material are performed. The invention adopts the atomic layer deposition process to realize in-situ doping preparation of the two-dimensional semiconductor material, can obtain a high-quality two-dimensional layered semiconductor, and can accurately regulate and control the doping concentration by regulating and controlling the sub-reaction cycle times.)

一种掺杂二维半导体的原位制备方法

技术领域：

本发明涉及二维半导体材料领域，特别是涉及一种掺杂二维半导体的原位制备方法。

背景技术：

掺杂技术对于半导体材料至关重要，可以有效改变半导体材料的能级及结构，进而影响其电学、光学、磁学等性能。目前，传统的半导体材料的掺杂技术已经非常成熟。但是，新型的二维层状半导体材料的掺杂技术尚处在萌芽阶段。但是，掺杂对二维层状半导体在电学、光学、磁学、催化、电荷密度波等方面带来的影响已经显而易见。目前，研究人员常用的二维材料掺杂技术有：替位式掺杂、电荷转移掺杂、静电场效应掺杂等。但是由于二维层状半导体具有较弱的层间相互作用，导致了掺杂效果不够理想，且目前的掺杂手段还存在诸多不足，如：难以精确控制掺杂浓度，难以实现均匀掺杂、难以实现原位掺杂等等。

发明内容

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本发明针对现有技术不足，提出了一种掺杂二维半导体的原位制备方法，旨在克服现有方法中的不足之处。为实现上述目的，本发明提出了一种掺杂二维半导体的原位制备方法，其特征在于：所述制备方法由原子层沉积系统实现，包含数个超反应循环，每个超反应循环均包含2m个用于生长本体材料的亚反应循环和1个用于提供杂质元素的亚反应循环。

作为优选，其特征在于：所述二维半导体本体材料为HfS₂或ZrS₂或Zr_(1-x)Hf_xS₂；所述杂质元素包括Al、Ga或Sn中的一种或数种。

作为优选，其特征在于：所述超反应循环个数为1到100之间。

作为优选，其特征在于：所述每个超反应循环中的亚反应循环的顺序为：先进行m个用于生长本体材料的亚反应循环，再进行1个用于提供杂质元素的亚反应循环，最后再进行m个用于生长本体材料的亚反应循环。

作为优选，其特征在于：所述的用于生长本体材料的亚反应循环过程依次如下：1)向原子层沉积系统的反应腔内脉冲通入Hf或Zr前驱体并使之吸附于衬底表面，2)向原子层沉积系统的反应腔内脉冲通入高纯氮气以清洗过量锆前驱体和反应副产物，3)向原子层沉积系统的反应腔内脉冲通入S前驱体并使之与吸附于衬底表面的Hf或Zr前驱体发生自限性反应并生成HfS₂、ZrS₂或Zr_(1-x)Hf_xS₂薄膜，4)向原子层沉积系统的反应腔内脉冲通入高纯氮气以清洗过量的S前驱体和反应副产物。

作为优选，其特征在于：所述的用于提供杂质元素的亚反应循环过程依次如下：1)向原子层沉积系统的反应腔内脉冲通入Al、Ga或Sn前驱体并使之吸附于衬底表面，2)向原子层沉积系统的反应腔内脉冲通入高纯氮气以清洗过量前驱体和反应副产物，3)向原子层沉积系统的反应腔内脉冲通入S前驱体并使之与吸附于衬底表面的Al、Ga或Sn前驱体发生自限性反应，4)向原子层沉积系统的反应腔内脉冲通入高纯氮气以清洗过量的S前驱体和反应副产物。

作为优选，其特征在于：每一个超反应循环中包含2m个用于生长本体材料的亚反应循环，m的取值范围为：10≤m≤100。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1.本发明中，采用原子层沉积工艺实现原位掺杂制备二维半导体材料，既可以获得高质量的二维层状半导体，又能够通过调控亚反应循环次数，精确调控掺杂浓度。

2.本发明中，采用原子层沉积工艺实现原位掺杂制备二维半导体材料，可以通过反应过程中改变掺杂源的前驱体，实现一步法制备不同掺杂类型的二维半导体，如p-n结。

具体实施方式

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为了使本发明的上述目的、特征和优点能够更加通俗易懂，下面结合具体实施方式对本发明做详细的说明。

实施例1：

一种Al掺杂HfS₂的原位制备方法。包含100个超反应循环，每个超反应循环均包含40个用于生长HfS₂的亚反应循环和1个用于提供Al掺杂源的亚反应循环。每个超反应循环中的亚反应循环的顺序为：先进行20个用于生长HfS₂的亚反应循环，再进行1个用于提供杂质元素Al的亚反应循环，最后再进行20个用于生长HfS₂的亚反应循环。

实施例2：

一种Ga掺杂ZrS₂的原位制备方法。包含80个超反应循环，每个超反应循环均包含100个用于生长ZrS₂的亚反应循环和1个用于提供Ga掺杂源的亚反应循环。每个超反应循环中的亚反应循环的顺序为：先进行50个用于生长ZrS₂的亚反应循环，再进行1个用于提供杂质元素Ga的亚反应循环，最后再进行50个用于生长ZrS₂的亚反应循环。

实施例3：

一种Sn掺杂Zr_(1-x)Hf_xS₂的原位制备方法。包含40个超反应循环，每个超反应循环均包含160个用于生长Zr_(1-x)Hf_xS₂的亚反应循环和1个用于提供Sn掺杂源的亚反应循环。每个超反应循环中的亚反应循环的顺序为：先进行80个用于生长Zr_(1-x)Hf_xS₂的亚反应循环，再进行1个用于提供杂质元素Sn的亚反应循环，最后再进行80个用于生长Zr_(1-x)Hf_xS₂的亚反应循环。