一种基于二维过渡金属硫族化合物的bjt及其制备方法
阅读说明：本技术 一种基于二维过渡金属硫族化合物的bjt及其制备方法 (BJT (bipolar junction transistor) based on two-dimensional transition metal chalcogenide and preparation method thereof ) 是由 曾祥斌 王君豪 胡一说 王文照 陆晶晶 王曦雅 周宇飞 王士博 肖永红 陈铎 张 于 2021-07-21 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于二维过渡金属硫族化合物的BJT及其制备方法,属于半导体微器件领域,包括：带有介质层的单晶硅衬底及其介质层表面同种二维过渡金属硫族化合物依次横向连接的P型薄膜、N型薄膜、P型薄膜,以及位于各薄膜上表面的电极；制备方法包括：在带介质层的单晶硅衬底上表面制备遮挡层,旋涂包含硫元素和过渡金属元素的第一前驱体溶液；在所得样品的上表面旋涂光刻胶后去除遮挡层,在其上表面旋涂金属盐溶解于第一前驱体溶液形成的第二前驱体溶液,去除光刻胶；将所得样品在真空中进行激光辐照；在样品上表面制备金属电极,得到BJT。本发明使薄膜制备掺杂一步完成,解决现有二维材料BJT的制备工艺中薄膜易受损伤,影响器件性能的问题。(The invention discloses a BJT based on two-dimensional transition metal chalcogenide and a preparation method thereof, belonging to the field of semiconductor micro devices and comprising the following steps: a monocrystalline silicon substrate with a dielectric layer, a P-type film, an N-type film, a P-type film and electrodes positioned on the upper surfaces of the films, wherein the two-dimensional transition metal chalcogenide compound on the surface of the dielectric layer is sequentially and transversely connected with the monocrystalline silicon substrate; the preparation method comprises the following steps: preparing a shielding layer on the upper surface of a monocrystalline silicon substrate with a dielectric layer, and spin-coating a first precursor solution containing a sulfur element and a transition metal element; spin-coating a photoresist on the upper surface of the obtained sample, removing the shielding layer, spin-coating a second precursor solution formed by dissolving a metal salt in the first precursor solution on the upper surface of the sample, and removing the photoresist; carrying out laser irradiation on the obtained sample in vacuum; and preparing a metal electrode on the upper surface of the sample to obtain the BJT. The invention completes the film preparation and doping in one step, and solves the problem that the film is easy to be damaged and the device performance is influenced in the existing preparation process of the two-dimensional material BJT.)
技术领域
本发明属于半导体微器件领域，更具体地，涉及一种基于二维过渡金属硫族化合物的BJT及其制备方法。
背景技术
二维过渡金属硫族化合物(Transition Metal Dichalcogenides，TMDCs)具有极高的电子迁移率，在光、电、化学、力学、机械等方面也有优良的性质，因此在近些年的研究中备受关注，过渡金属硫族化合物的晶体结构和原子结构类似，在半导体方面的性能也相近，例如层状过渡金属硫族化合物的带隙随着层数的变化而变化，以MoS2为例，其带隙(1.25eV-1.8eV)随着层数变化而变化。MoS2具有较高的载流子迁移率，目前单层MoS2薄膜的载流子迁移率可达400cm2V-1s-1，多层薄膜可达500cm2V-1s-1。
目前，由于水平结表面态密度较少，可以有效减少载流子的复合，基于水平结的BJT对小电流的放大效果较好。现有的利用二维材料制备的BJT，其中的P区和N区所采用的往往是不同的半导体材料，所形成的PN结为异质PN结。例如，在申请公布号为CN 104617135A、发明名称为“二维材料元件和半导体器件”的专利文件中，所公开的二维材料元件中，包含第一二维材料和第二二维材料，第一二维材料是n型半导体，第二二维材料是p型半导体，第一金属硫属元素化物基材料包括第一金属原子，所述第二金属硫属元素化物基材料包括第二金属原子，并且第一和第二金属原子彼此不同；或者第一金属硫属元素化物基材料包括第一硫属元素原子，第二金属硫属元素化物基材料包括第二硫属元素原子，并且第一和第二硫属元素原子彼此不同。由此所制备的BJT中的PN结为异质PN结，在制备过程中，不可避免地需要采用定向转移工艺，而由于二维薄膜厚度极小，在转移过程中极易受到损伤，影响最终BJT器件的性能。
针对这一问题，在申请公布号为CN 108666375 A、发明名称为“一种纳米层状横向同质PN二极管及其制备方法与应用”的专利文件中，提出了一种同质PN结，其中的薄膜层包括由相同的过渡金属硫族化合物制备而成且横向连接的p型过渡金属硫族化合物膜和n型过渡金属硫族化合物膜，其制备过程中，先在介质层上原位制备n型过渡金属硫族化合物膜，之后通过对n型过渡金属硫族化合物膜中指定的部分进行低功率磁控溅射掺杂、退火形成p型过渡金属硫族化合物区域，由于省去了传统的定向转移工艺，且使用的掺杂气体为氧气，使得制备成本较低，掺杂过程对过渡金属硫族化合物膜损坏小。但是，该由于在磁控溅射掺杂的过程中，需要利用起辉气体对薄膜表面进行轰击，对薄膜仍然存在一定的损伤，并且仅在薄膜表面进行掺杂，掺杂浓度也不易精确控制。此外，由于利用化学气相沉积(CVD)制备n型过渡金属硫族化合物膜，薄膜面积往往只能达到μm量级，这使得所制备的器件在实际应用中受到了很大的限制。
发明内容
针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种基于二维过渡金属硫族化合物的BJT及其制备方法，其目的在于，降低纳米层状过渡金属硫族化合物横向同质BJT中薄膜在制备过程中的损伤程度，提高器件性能和稳定性，并实现掺杂浓度可控。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于二维过渡金属硫族化合物的BJT，包括：带有介质层的单晶硅衬底；
位于介质层上表面的薄膜层；薄膜层包括横向连接的三块过渡金属硫族化合物薄膜，依次为第一P型掺杂薄膜、N型掺杂薄膜和第二P型掺杂薄膜，分别构成发射区、基区和集电区；薄膜层中的三块过渡金属硫族化合物薄膜由旋涂于介质层上表面的前驱体溶液经激光辐照同时制备得到，且用于制备P型掺杂薄膜的前驱体溶液由用于制备N型掺杂薄膜的前驱体溶液原位掺杂金属盐制备而成；
以及分别位于发射区、基区和集电区上表面的电极，分别构成发射极、基极和集电极。
本发明提供的基于二维过渡金属硫族化合物的BJT，其薄膜层包括依次横向连接的第一P型掺杂过渡金属硫族化合物薄膜、N型掺杂过渡金属硫族化合物薄膜以及第二P型掺杂过渡金属硫族化合物薄膜，分别构成发射区、基区和集电区，薄膜层中的P型掺杂薄膜和N型掺杂薄膜是由旋涂于介质层上表面的前驱体溶液经激光辐照同时制备而成，且用于制备P型掺杂薄膜的前驱体溶液由用于制备N型掺杂薄膜的前驱体溶液原位掺杂金属盐制备而成，由于最终制备得到的三个区域的薄膜由相同的二维过渡族金属硫族化合物构成，所形成的BJT是一种PNP型BJT，且其中的PN结均为同质PN结，该BJT结构简单，制备过程中无需定向转移，避免由此对薄膜带来的损伤。
由于掺杂对象为前驱体溶液，掺杂过程发生在薄膜形成之前，避免了在薄膜形成之后对薄膜造成损伤，最大程度上降低了制备所得薄膜的损伤程度；由于金属盐的浓度与掺杂后得到的前驱体溶液的掺杂浓度存在固定关系，通过对金属盐的浓度的控制即可实现对掺杂浓度的精确控制，因此，器件中的掺杂浓度可控；由于溶液的掺杂并不限于薄膜表面的掺杂，因此，掺杂效果更加稳定，最终制备得到的器件性能也更加稳定。
由于薄膜具体是通过对前驱体溶液进行激光辐照的方式制备的，所制备的器件可以具有更大面积的薄膜，便于在实际应用中连接引脚。
进一步地，薄膜层中的二维过渡金属硫族化合物为MoS2。
MoS2的带隙随着层数变化而变化，且具有较高的载流子迁移率；本发明所提供的基于二维过渡金属硫族化合物的BJT中，发射区、基区和集电区薄膜均为MoS2薄膜，整个BJT具有较好的放大性能。
进一步地，薄膜层的厚度为0.5nm-2nm。
本发明所提供的二维过渡金属硫族化合物的BJT，其中的MoS2薄膜厚度为0.5nm-2nm，具有较好的光性能和电性能。
进一步地，电极为双层结构，包括直接与薄膜层接触的Ti金属层，以及位于Ti金属层之上的保护层；保护层用于导电并防止Ti金属层被氧化。
本发明所提供的基于二维过渡金属硫族化合物的BJT，其中的电极为双层结构；直接与MoS2薄膜接触的一层为Ti金属层，由于钛的功函数与二硫化钼(MoS2)相近，可以实现较好的欧姆接触；Ti金属层之上的一层为保护层，在导电的同时防止Ti金属层被氧化；该电极结构保证了良好的导电性能，并且性能稳定。
进一步地，Ti金属层的厚度为5nm-30nm，由此能够实现良好的欧姆接触。
进一步地，保护层为Au金属层。
Au的导电性和稳定性较好，本发明使用Au金属层作为双层电极结构中的保护层，在提供导电性的同时，能够有效保护底层的Ti金属层不被氧化。
进一步地，Au金属层的厚度为50nm-200nm，由此能够保证较好的导电性，并有效起到防止Ti金属层被氧化的保护作用。
按照本发明的另一个方法，提供了上述基于二维过渡金属硫族化合物的BJT的制备方法，包括如下步骤：
(S1)在带有介质层的单晶硅衬底中的介质层上表面制备遮挡层，仅露出介质层的中间区域；
(S2)在制备了遮挡层的介质层上旋涂第一前驱体溶液，浸润后烘干，得到样品A；第一前驱体溶液中包含硫元素和二维过渡金属元素；
(S3)在样品A的上表面旋涂光刻胶后，去除遮挡层，得到样品B；
(S4)在样品B的上表面旋涂第二前驱体溶液，浸润后烘干，并去除光刻胶，得到样品C；第二前驱体溶液由金属盐在第一前驱体溶液中充分溶解后形成；
(S5)将样品C置于真空环境下进行激光辐照，以在介质层上表面形成依次横向连接的第一P型掺杂过渡金属硫族化合物薄膜、N型掺杂过渡金属硫族化合物薄膜以及第二P型掺杂过渡金属硫族化合物薄膜，分别作为发射区、基区和集电区，得到样品D；
(S6)在样品D中旋涂光刻胶，以在样品D中的发射区、基区和集电区分别制备所需的电极图案，之后在发射区、基区和集电区上表面分别沉积电极，作为发射极、基极和集电极，得到样品E；
(S7)去除样品E中的光刻胶，得到基于二维过渡金属硫族化合物的BJT。
本发明所提供的制备方法，通过在N型薄膜的前驱体溶液中掺杂金属盐的溶液的方式制备P型薄膜的前驱体溶液，按照发射区、基区和集电区在介质层的分布，旋涂相应的前驱体溶液后，通过激光辐照即可一步合成所需的N型和P型二维过渡金属硫族化合物薄膜，无需定向转移，制备工艺可控易操作，并且对薄膜的损伤小，制备所得的BJT性能良好且稳定。此外，由于第二前驱体溶液中的金属盐浓度与P型薄膜的掺杂浓度直接相关，本发明在制备过程中，通过控制第二前驱体溶液中金属盐的浓度，即可实现对BJT中P型薄膜的掺杂浓度的控制。
进一步地，第一前驱体溶液为五氯化钼和硫脲的溶解在醇类溶剂中后得到的混合溶液。
本发明利用五氯化钼和硫脲的溶解在醇类溶剂中后得到的混合溶液作为制备N型薄膜的第一前驱体溶液，能够制备得到基于MoS2薄膜的BJT，并且，在制备第一前驱体溶液的过程中，除了二硫化钼以外的反应产物为气态，生成的硫化钼晶体中不易产生杂质，反应结束后，可以将第一前驱体溶液中未反应的硫脲分解，没有杂质残留。
进一步地，第一前驱体溶液中，硫原子和钼原子的摩尔比为30：1-4：1。
本发明通过设置第一前驱体溶液中的硫原子和钼原子的摩尔比为30：1-4：1，能够避免因硫脲浓度过低而导致五氯化钼反应不完全，也能够避免因硫脲浓度过高而导致二硫化钼进一步反应形成三硫化钼。
进一步地，第二前驱体溶液中，硫原子和钼原子的摩尔比为30：1-4：1，金属盐的浓度为1-20mmol/L。
本发明通过设置第一前驱体溶液中的硫元素和钼元素的摩尔比为30：1-4：1，能够避免因硫脲浓度过低而导致五氯化钼反应不完全，也能够避免因硫脲浓度过高而导致二硫化钼进一步反应形成三硫化钼；通过设定第二前驱体溶液中的金属盐浓度为1-20mmol/L，所制备的P型薄膜的掺杂浓度能够满足基本的应用需求。
进一步地，金属盐为氯化金、硝酸银和硝酸铜中的一种或多种。
铜、银或金的性质较为稳定，本发明以这些元素作为掺杂元素，掺杂过程对过渡金属硫族化合物膜损坏小，制备得到的BJT性能稳定。
进一步地，步骤(S5)中，激光辐照的激光功率为100-400mJ，辐射频率为2-10Hz，脉冲数目为1000-3000次，光斑大小为9cm2大小的正方形，激光移动速率为2-4mm/s。
本发明按照上述参数对激光辐照过程进行控制，能够减小对薄膜的损伤。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：
(1)本发明提供的基于二维过渡金属硫族化合物的BJT，是一种PNP型BJT，薄膜层中的P型掺杂薄膜和N型掺杂薄膜是由旋涂于介质层上表面的前驱体溶液经激光辐照同时制备而成，且用于制备P型掺杂薄膜的前驱体溶液由用于制备N型掺杂薄膜的前驱体溶液原位掺杂金属盐制备而成，其发射区、基区和集电区的薄膜由相同的二维半导体材料制备而成，所形成PN结均为同质PN结，该BJT结构简单，通过掺杂即可同时完成P型掺杂薄膜和N型掺杂薄膜的制备，而无需定向转移，并且由于掺杂对象为前驱体溶液，掺杂过程发生在薄膜形成之前，避免了在薄膜形成之后对薄膜造成损伤，最大程度上降低了制备所得薄膜的损伤程度，提高了器件性能。
(2)本发明提供的二维过渡金属硫族化合物的BJT，制备P型掺杂薄膜的前驱体溶液由用于制备N型掺杂薄膜的前驱体溶液原位掺杂金属盐制备而成，由于金属盐的浓度与掺杂后得到的前驱体溶液的掺杂浓度存在固定关系，通过对金属盐的浓度的控制即可实现对掺杂浓度的控制，因此，器件中的掺杂浓度可控。
(3)本发明提供的二维过渡金属硫族化合物的BJT，由于制备P型掺杂薄膜的前驱体溶液由用于制备N型掺杂薄膜的前驱体溶液原位掺杂金属盐制备而成，由于溶液的掺杂并不限于薄膜表面的掺杂，因此，掺杂效果更加稳定，最终制备得到的器件性能也更加稳定。
(4)本发明提供的基于二维过渡金属硫族化合物的BJT，其中的薄膜为MoS2薄膜，载流子迁移率较高，BJT具有较好的放大性能；在其优选方案中，电极为双层结构，直接与MoS2薄膜接触的一层为Ti金属层，由于钛的功函数与二硫化钼(MoS2)相近，可以实现较好的欧姆接触；Ti金属层之上的一层为保护层，在导电的同时防止Ti金属层被氧化；该电极结构保证了良好的导电性能，并且性能稳定。
(5)本发明提供的制备方法，通过在N型薄膜的前驱体溶液中掺杂金属盐的溶液的方式制备P型薄膜的前驱体溶液，按照发射区、基区和集电区在介质层的分布，旋涂相应的前驱体溶液后，通过激光辐照即可一步合成所需的N型和P型二维过渡金属硫族化合物薄膜，无需定向转移，制备工艺可控易操作，并且对薄膜的损伤小，制备所得的BJT性能良好且稳定。
(6)本发明所提供的制备方法，通过掺杂的方式制备P型薄膜的前驱体溶液，在制备过程中，通过控制第二前驱体溶液中金属盐的浓度，即可实现对BJT中P型薄膜的掺杂浓度的控制。
(7)本发明所提供的制备方法，由于可以通过控制第二前驱体溶液中的金属盐浓度实现对P型薄膜的掺杂浓度的控制，因此，可应用于光电探测、微型集成传感器，可穿戴设备等多个领域。
(8)本发明所提供的制备方法，其制备过程中对薄膜损伤小，易于制备较大的薄膜，便于在实际应用中连接引脚；实验表明，本发明所制备得到的BJT中，薄膜面积的变化范围可以在μm量级到cm量级。
(9)本发明所提供的制备方法，其制备过程中对薄膜损伤小，易于制备较大的基区宽度，从而在保证放大效率的情况下，有效降低工艺精度要求，从而降低制备难度；实验表明，本发明所制备得到的BJT中，基区宽度最大可达到10μm～30μm。
附图说明
图1为本发明实施例提供的基于二维过渡金属硫族化合物的BJT的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的基于二维过渡金属硫族化合物的BJT的电极角度俯视图；
图3为本发明实施例提供的基于二维过渡金属硫族化合物的BJT的制备工艺流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明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发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明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。
在本发明中，本发明及附图中的术语“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。
为了降低纳米层状过渡金属硫族化合物横向同质BJT中薄膜在制备过程中的损伤程度，提高器件性能和稳定性，并实现掺杂浓度可控，本发明提供了一种基于二维过渡金属硫族化合物的BJT及其制备方法，其整体思路在于：提供一种仅含同质PN结的基于二维过渡金属硫族化合物的BJT，其薄膜层中的P型掺杂薄膜和N型掺杂薄膜由旋涂于介质层上表面的前驱体溶液经激光辐照同时制备得到，且用于制备P型掺杂薄膜的前驱体溶液由用于制备N型掺杂薄膜的前驱体溶液原位掺杂金属盐制备而成，在薄膜形成之前即完成掺杂，最大程度上降低了制备所得薄膜的损伤程度，并且可以通过对金属盐的浓度的控制实现对掺杂浓度的控制，使得器件的掺杂浓度可控；相应地，在其制备方法中，通过在N型薄膜的前驱体溶液中掺杂金属盐的方式制备P型薄膜的前驱体溶液，按照发射区、基区和集电区在介质层的分布，旋涂相应的前驱体溶液后，通过激光辐照即可一步合成所需的N型和P型二维过渡金属硫族化合物薄膜，无需定向转移，制备工艺可控易操作，并且对薄膜的损伤小，制备所得的BJT性能良好且稳定。
本发明所提供的基于二维过渡金属硫族化合物的BJT，如图1和图2所示，包括：带有介质层的单晶硅衬底；
位于介质层上表面的薄膜层；薄膜层包括横向连接的三块过渡金属硫族化合物薄膜，依次为第一P型掺杂薄膜、N型掺杂薄膜和第二P型掺杂薄膜，分别构成发射区、基区和集电区；薄膜层中的三块过渡金属硫族化合物薄膜由旋涂于介质层上表面的前驱体溶液经激光辐照同时制备得到，且用于制备P型掺杂薄膜的前驱体溶液由用于制备N型掺杂薄膜的前驱体溶液原位掺杂金属盐制备而成；
以及分别位于发射区、基区和集电区上表面的电极，分别构成发射极、基极和集电极。
由于二氧化硅介质层相对于其他类型的介质层较为致密，悬挂键少，且容易获得，器件制备性能较好，不会受到介质层的影响；在本发明优选的实施例中，单晶硅衬底具体是P型掺杂的单晶硅，并且介质层为二氧化硅(SiO2)介质层。
由于MoS2的带隙随着层数变化而变化，且具有较高的载流子迁移率；在本发明优选的一些实施例中，薄膜层中的二维过渡金属硫族化合物为MoS2；由此制备得到的BJT中，发射区、基区和集电区薄膜均为MoS2薄膜，整个BJT具有较好的放大性能；为了保证薄膜层具有较好的光性能和电性能，在本发明进一步优选的实施例中，MoS2薄膜层的厚度为0.5nm-2nm。
为了进一步提高BJT器件的性能，在本发明进一步优选的一些实施例中，电极为双层结构，包括直接与薄膜层接触的Ti金属层，以及位于Ti金属层之上的保护层；保护层用于导电并防止Ti金属层被氧化；由于钛的功函数与二硫化钼(MoS2)相近，以Ti金属层作为双层电极结构中直接与MoS2薄膜接触的一层为Ti金属层，可以实现较好的欧姆接触；Ti金属层之上的一层为保护层，在导电的同时防止Ti金属层被氧化；该电极结构保证了良好的导电性能，并且性能稳定。
为了进一步提高BJT器件的性能，在本发明进一步优选的一些实施例中，Ti金属层的厚度为5nm-30nm，由此能够实现良好的欧姆接触；保护层为Au金属层，Au的导电性和稳定性较好，在提供导电性的同时，能够有效保护底层的Ti金属层不被氧化；Au金属层的优选厚度为50nm-200nm。
本发明所制备的基于二维过渡金属硫族化合物的BJT，为一种横向同质的BJT，由于掺杂发生在薄膜形成之前，且掺杂对象具体是用于制备薄膜的前驱体溶液，最大程度上降低了对薄膜的损伤，且使得掺杂浓度可控，掺杂效果稳定，最终提高了器件的性能和稳定性。
本发明还提供了上述基于二维过渡金属硫族化合物的BJT的制备方法，如图3所示，包括如下步骤：
(S1)在带有介质层的单晶硅衬底中的介质层上表面制备遮挡层，仅露出介质层的中间区域；
在一些可选的实施例中，可直接在介质层的两边粘贴两块胶带作为遮挡层，露出中间的条形区域；
(S2)在制备了遮挡层的介质层上旋涂第一前驱体溶液，浸润后烘干，得到样品A；
第一前驱体溶液中包含硫元素和二维过渡金属元素；
(S3)在样品A的上表面旋涂光刻胶后，去除遮挡层，得到样品B；
如图3所示，样品B中，介质层两边暴露在外，中间区域旋涂了第一前驱体溶液，且上方有光刻胶，该光刻胶在后续的步骤中，起到了遮挡的作用；
(S4)在样品B的上表面旋涂第二前驱体溶液，浸润后烘干，并去除光刻胶，得到样品C；
第二前驱体溶液由金属盐在第一前驱体溶液中充分溶解后形成；
制备第二前驱体溶液时，可选用任意一种在激光条件下不与反应物和产物发生反应的金属盐，以避免在第二前驱体溶液中产生新的杂质；
样品B中，介质层中间区域的光刻胶能够起到遮挡作用，防止旋涂第二前驱体溶液时，已经旋涂的第一前驱体溶液被污染；
最终得到的样品C中，介质层中间区域旋涂了第一前驱体溶液，而两边旋涂了第二前驱体溶液；
(S5)将样品C置于真空环境下进行激光辐照，以在介质层上表面形成依次横向连接的第一P型掺杂过渡金属硫族化合物薄膜、N型掺杂过渡金属硫族化合物薄膜以及第二P型掺杂过渡金属硫族化合物薄膜，分别作为发射区、基区和集电区，得到样品D；
(S6)在样品D中旋涂光刻胶，以在样品D中的发射区、基区和集电区分别制备所需的电极图案，之后在发射区、基区和集电区上表面分别沉积电极，作为发射极、基极和集电极，得到样品E；
(S7)去除样品E中的光刻胶，得到基于二维过渡金属硫族化合物的BJT，即图3中的样品F。
为了获得洁净的P型硅衬底，在本发明一些优选的实施例中，在步骤(S1)之前还包括：
使用丙酮对上表面有二氧化硅介质层的p型硅衬底进行超声清洗，去除衬底和介质层上的有机污垢，随后使用酒精清洗该衬底，去除表面的丙酮，最后用去离子水冲洗，氮气枪吹干。
在本发明一些可选的实施例中，为了制备得到基于MoS2薄膜的BJT，第一前驱体溶液为五氯化钼和硫脲的溶解在醇类溶剂中后得到的混合溶液；由此在在制备第一前驱体溶液的过程中，除了二硫化钼以外的反应产物为气态，生成的硫化钼晶体中不易产生杂质，反应结束后，可以将第一前驱体溶液中未反应的硫脲分解，没有杂质残留；
醇类溶剂可以是甲醇、乙醇或异丙醇；优选的溶解搅拌转速为1500-2000rpm，搅拌时间为0.8h-1.5h，使硫脲和五氯化钼，前驱体溶液中硫浓度为15-25g/L，钼浓度为4-15g/L；最终，第一前驱体溶液中，硫元素和钼元素的摩尔比为30：1-4：1。
在本发明可选的一些实施例中，步骤(S2)中，旋涂第一前驱体溶液的过程具体包括：浸润30-60s，随后利用1000rpm-4000rpm转速旋涂20-60s。随后在80℃-100℃下烘干1min-3min，得到样品A。
在本发明可选的一些实施例中，用于制备第二前驱体溶液的金属盐为氯化金、硝酸银和硝酸铜中的一种或多种，铜、银或金的性质较为稳定，以这些元素作为掺杂元素，掺杂过程对过渡金属硫族化合物膜损坏小，制备得到的BJT性能稳定；金属盐的浓度决定了金属在二硫化钼薄膜中的掺杂浓度，其浓度可以为1-20mmol/L。
在本发明优选的一些实施例中，步骤(S5)中，激光辐照的激光功率为100-400mJ，辐射频率为2-10Hz，脉冲数目为1000-3000次，光斑大小为9cm2大小的正方形，激光移动速率为2-4mm/s；由此能够进一步减小薄膜制备过程中对薄膜的损伤。
在本发明优选的一些实施例中，采用光刻工艺和电子束蒸发金属，先在生长有过渡金属硫族化合物的样品上表面利用光刻胶制备所需电极图案，再直接通过电子束蒸发制备电极，能够使电极与过渡金属硫族化合物表面接触紧密，接触电阻小。
总体而言，本发明所提供的制备方法，通过在N型薄膜的前驱体溶液中掺杂金属盐的溶液的方式制备P型薄膜的前驱体溶液，按照发射区、基区和集电区在介质层的分布，旋涂相应的前驱体溶液后，通过激光辐照即可一步合成所需的N型和P型二维过渡金属硫族化合物薄膜，无需定向转移，制备工艺可控易操作，并且对薄膜的损伤小，制备所得的BJT性能良好且稳定。此外，由于第二前驱体溶液中的金属盐浓度与P型薄膜的掺杂浓度直接相关，本发明在制备过程中，通过控制第二前驱体溶液中金属盐的浓度，即可实现对BJT中P型薄膜的掺杂浓度的控制。
MoS2是一种典型的二维过渡金属硫族化合物，不失一般性地，以下实施例中，若没有特殊说明，则所指的二维过渡金属硫族化合物均指MoS2。
以下为实施例。
实施例1：
将200mg硫脲和80mg五氯化钼溶解在3.75mL异丙醇中，磁力搅拌转速为1500rpm，搅拌时间为1h，溶解温度为70℃，得到前驱体溶液A。使用丙酮对上表面有100nm厚度二氧化硅介质层的300μm厚的p型硅进行超声清洗，去除基底和介质层上的有机污垢，随后使用酒精清洗该基底，去除表面的丙酮，最后用去离子水冲洗，氮气枪吹干。在基片表面粘贴两块胶带作为遮挡层，露出条形区域。取0.1mL前驱体溶液A，旋涂在基底介质层的上表面上，浸润60s，随后利用3000rpm转速旋涂30s。随后在90℃下烘干1min。随后在样品表面旋涂AZ5214光刻胶，采用合适的掩模版在前驱体溶液A区域光刻，显影，制备光刻胶遮挡层。去除胶带，取0.1mL浓度为5mmol/L的硝酸银加入到0.1mL前驱体溶液A中并充分溶解得到前驱体溶液B。将前驱体溶液B旋涂在基底上表面并烘干。去除样品表面光刻胶后，置于真空腔室内，使用激光功率为400mJ，辐射频率为2Hz的激光照射，脉冲数目为1500次，激光移动速率为2mm/s，光斑大小为9cm2大小的正方形。随后将样品旋涂光刻胶，利用合适的掩模版制备电极图案，采用电子束蒸发Ti薄膜，厚度为15nm，再在Ti上蒸发Au薄膜，厚度为150nm，最后将样品去除光刻胶，获得表面留有电极的待测样品。
实施例2：
将200mg硫脲和50mg五氯化钼溶解在3.75mL异丙醇中，磁力搅拌转速为1500rpm，搅拌时间为1h，溶解温度为70℃，得到前驱体溶液A。使用丙酮对上表面有100nm厚度二氧化硅介质层的300μm厚的p型硅进行超声清洗，去除基底和介质层上的有机污垢，随后使用酒精清洗该基底，去除表面的丙酮，最后用去离子水冲洗，氮气枪吹干。在基片表面粘贴两块胶带作为遮挡层，露出条形区域。取0.1mL前驱体溶液A，旋涂在基底介质层的上表面上，浸润30s，随后利用1500rpm转速旋涂60s。随后在90℃下烘干2min。随后在样品表面旋涂AZ5214光刻胶，采用合适的掩模版在前驱体溶液A区域光刻，显影，制备光刻胶遮挡层。去除胶带，取0.1mL浓度为10mmol/L的硝酸铜溶液加入到0.1mL前驱体溶液A中并充分溶解得到前驱体溶液B。将前驱体溶液B旋涂在基底上表面并烘干。去除样品表面光刻胶后，置于真空腔室内，使用激光功率为100mJ，辐射频率为8Hz的激光照射，脉冲数目为1000次，激光移动速率为4mm/s，光斑大小为9cm2大小的正方形。随后将样品旋涂光刻胶，利用合适的掩模版制备电极图案，采用电子束蒸发Ti薄膜，厚度为10nm，再在Ti上蒸发Au薄膜，厚度为50nm，最后将样品去除光刻胶，获得表面留有电极的待测样品。
实施例3：
将200mg硫脲和80mg五氯化钼溶解在3.75mL异丙醇中，磁力搅拌转速为2000rpm，搅拌时间为1.5h，溶解温度为70℃，得到前驱体溶液A。使用丙酮对上表面有100nm厚度二氧化硅介质层的300μm厚的p型硅进行超声清洗，去除基底和介质层上的有机污垢，随后使用酒精清洗该基底，去除表面的丙酮，最后用去离子水冲洗，氮气枪吹干。在基片表面粘贴两块胶带作为遮挡层，露出条形区域。取0.1mL前驱体溶液A，旋涂在基底介质层的上表面上，浸润60s，随后利用2500rpm转速旋涂60s。随后在90℃下烘干1min。随后在样品表面旋涂AZ5214光刻胶，采用合适的掩模版在前驱体溶液A区域光刻，显影，制备光刻胶遮挡层。去除胶带，取0.1mL浓度为1mmol/L的氯化金溶液加入到0.1mL前驱体溶液A中并充分溶解得到前驱体溶液B。将前驱体溶液B旋涂在基底上表面并烘干。去除样品表面光刻胶后，置于真空腔室内，使用激光功率为200mJ，辐射频率为8Hz的激光照射，脉冲数目为1500次，激光移动速率为4mm/s，光斑大小为9cm2大小的正方形。随后将样品旋涂光刻胶，利用合适的掩模版制备电极图案，采用电子束蒸发Ti薄膜，厚度为20nm，再在Ti上蒸发Au薄膜，厚度为70nm，最后将样品去除光刻胶，获得表面留有电极的待测样品。
实施例4：
将300mg硫脲和80mg五氯化钼溶解在3.75mL异丙醇中，磁力搅拌转速为3000rpm，搅拌时间为0.5h，溶解温度为70℃，得到前驱体溶液A。使用丙酮对上表面有100nm厚度二氧化硅介质层的300μm厚的p型硅进行超声清洗，去除基底和介质层上的有机污垢，随后使用酒精清洗该基底，去除表面的丙酮，最后用去离子水冲洗，氮气枪吹干。在基片表面粘贴两块胶带作为遮挡层，露出条形区域。取0.1mL前驱体溶液A，旋涂在基底介质层的上表面上，浸润30s，随后利用2000rpm转速旋涂60s。随后在90℃下烘干1min。随后在样品表面旋涂AZ5214光刻胶，采用合适的掩模版在前驱体溶液A区域光刻，显影，制备光刻胶遮挡层。去除胶带，取0.1mL浓l度为1mmol/L的氯化金溶液加入到0.1mL前驱体溶液A中并充分溶解得到前驱体溶液B。将前驱体溶液B旋涂在基底上表面并烘干。去除样品表面光刻胶后，置于真空腔室内，使用激光功率为200mJ，辐射频率为8Hz的激光照射，脉冲数目为1500次，激光移动速率为4mm/s，光斑大小为9cm2大小的正方形。随后将样品旋涂光刻胶，利用合适的掩模版制备电极图案，采用电子束蒸发Ti薄膜，厚度为20nm，再在Ti上蒸发Au薄膜，厚度为100nm，最后将样品去除光刻胶，获得表面留有电极的待测样品。
由于制备所述基于MoS2同质结BJT的步骤是相同的，各个实施例之间的区别仅仅是各个参数区别，上述实例仅仅给出了个别实施例中的参数。
在本发明公开的一种基于MoS2的同质结BJT，以N型MoS2作为该BJT器件的基区，可以实现发射区重掺杂，提高BJT的发射性能；采用激光辐照的薄膜制备与掺杂技术，可以简化薄膜制备工艺，一步完成薄膜的制备与掺杂，而且可以有选择性地、定量地掺杂MoS2薄膜；采用同质结构，无需转移，界面态少。制备出的同质结BJT在集成电路、光探测器等领域具有广阔的应用前景。
应当说明的是，当采用其他的二维过渡金属硫族化合物制备BJT时，采用相应的反应物制备第一前驱体溶液即可；更多的示例，在此将不作一一列举。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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