CN110911405A - 一种各向异性器件及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种各向异性器件，包括基体层、依次层叠在所述基体层上的隔离层和二维纳米薄膜层，二维纳米薄膜层覆盖部分隔离层，还包括中央源电极/中央漏电极及若干周围漏电极/周围源电极；中央源电极/中央漏电极设于二维纳米薄膜层的中部，若干周围漏电极/周围源电极沿中央源电极/中央漏电极的周向设于隔离层上，且若干周围漏电极/周围源电极朝向二维纳米薄膜层延伸至接触二维纳米薄膜层。该各向异性器件可以利用二维纳米薄膜层的各向异性特性，实现材料上不同方向上电流大小的检测，充分利用材料的各向异性，在电子和光电子领域具有巨大的潜在应用。本发明还提供了各向异性器件的制备方法和应用。
Description
技术领域
本发明涉及半导体电子器件领域，具体涉及一种各向异性器件及其制备方法和应用。
背景技术
各向异性是指物质的全部或部分化学、物理等性质随着方向的改变而有所变化，在不同的方向上呈现出差异的性质。从微观上看，晶体的各向异性是在同种晶体中，由于晶面的取向不同，从而导致晶体在不同方向的物理化学特性也不相同。晶体的各向异性具体表现在晶体不同方向上的弹性模量、硬度、断裂抗力、屈服强度、热膨胀系数、导热性、电阻率、电位移矢量、电极化强度、磁化率和折射率等都是不同的。各向异性作为晶体的一个重要特性具有相当重要的研究价值。近年来，各向异性吸引了越来越多的关注，尤其是在外延的薄膜材料中。
III-VI半导体材料由于具有特殊的电学和光学性能，在电子和光电子领域具有巨大的潜在应用。然而传统的半导体电子器件仅利用了相应材料的一个维度方向的性能，并没有对材料的各向异性的加以利用。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种各向异性器件及其制备方法和应用，该各向异性器件可以利用二维纳米薄膜层材料的各向异性特性，实现材料上不同方向上电流大小的检测，充分利用材料的各向异性，在电子和光电子领域具有巨大的潜在应用。
第一方面，本发明提供了一种各向异性器件，包括基体层、依次层叠在所述基体层上的隔离层和二维纳米薄膜层，所述二维纳米薄膜层覆盖部分隔离层，还包括中央源电极/中央漏电极及若干周围漏电极/周围源电极；
所述中央源电极/中央漏电极设于所述二维纳米薄膜层的中部，所述若干周围漏电极/周围源电极沿所述中央源电极/中央漏电极的周向设于所述隔离层上，且所述若干周围漏电极/周围源电极朝向二维纳米薄膜层延伸至接触二维纳米薄膜层；
所述二维纳米薄膜层为具有各向异性的二维纳米薄膜层。
本发明一具体实施方式中，所述二维纳米薄膜层的材质为二硫化铼，或为二硒化铼，或为黑磷，或为黑砷磷，或为β相硒化铟。
本发明另一具体实施方式中，所述二维纳米薄膜层的材质包括二硫化铼、二硒化铼、黑磷、黑砷磷和β相硒化铟中的两种或两种以上。
优选地，所述二维纳米薄膜层的材质为β相硒化铟。
可选地，所述二维纳米薄膜层设置成圆盘状，所述中央源电极/中央漏电极设于所述二维纳米薄膜层的圆心处，所述若干周围漏电极/周围源电极沿二维纳米薄膜层的外周缘呈圆周阵列排布。
可选地，所述若干周围漏电极/周围源电极的数量为4-36个，任意相邻两个周围漏电极/周围源电极的夹角为10-90°。
可选地，所述中央源电极/中央漏电极与所述周围漏电极/周围源电极的间距为10μm-50μm。
可选地，所述各向异性器件包括层叠在所述隔离层上的多个间隔排布的二维纳米薄膜层，任意相邻两个所述二维纳米薄膜层的间距为10μm-500μm。
可选地，所述二维纳米薄膜层的厚度为2nm-80nm。
可选地，各个所述二维纳米薄膜层的厚度可以相同也就可以不同。
进一步地，可选地，其中，各个所述二维纳米薄膜层的材质可以相同也可以不同。
可选地，源电极(具体指的是中央源电极或者周围源电极)、漏电极(具体指的是中央漏电极或者周围漏电极)的材质包括铬和金中的至少一种；源电极、漏电极的厚度为25nm-90nm。
可选地，所述基体层的电阻率为1-10Ω·cm，所述基体层的厚度为300μm-500μm；所述隔离层的厚度为200nm-500nm。
可选地，所述基体层的材质包括硅，所述隔离层的材质包括二氧化硅。
本发明中，基于具有各向异性的二维纳米薄膜层能够形成背栅极半导体，基于二维纳米薄膜层本身导电方面的各向异性，二维纳米薄膜层材料在不同方向上的电流分布特点等，基于各向异性的材料，不同的方向电流大小的不同，可以进行相应的信息编辑从而存储；通过所述各向异性器件可以为实现在集成电路中信息的存储提供重要的检测数据，大大发挥出材料本身的各向异性的功能。由ReS2、ReSe2、BP、b-AsP或β-InSe材料制备得到的二维纳米薄膜层具有突出的各向异性特性，尤其是二维β-InSe纳米薄膜层既具有良好的半导体性质，还具有特殊的各向异性特性。
本发明第一方面所述的各向异性器件，可以有效检测出二维纳米薄膜层在不同方向上的光电性质，可以充分利用二维纳米薄膜层材料的各向异性特效；在材料的各向异性应用领域具有重要意义。
第二方面，本发明还提供了一种各向异性器件的制备方法，包括以下步骤：
提供基体层及隔离层；
采用剥离法获得二维纳米薄膜层，然后将所述二维纳米薄膜层转移至所述隔离层上，所述二维纳米薄膜层的材质为具有各向异性的二维纳米薄膜层；
沉积电极材料，形成中央源电极/中央漏电极及若干周围漏电极/周围源电极，得到各向异性器件；
所述中央源电极/中央漏电极设于所述二维纳米薄膜层的中部，所述若干周围漏电极/周围源电极沿所述中央源电极/中央漏电极的周向设于所述隔离层上，且所述若干周围漏电极/周围源电极朝向二维纳米薄膜层延伸至接触二维纳米薄膜层。
可选的，沉积电极材料过程中，在所述二维纳米薄膜层上以及未被所述二维纳米薄膜层覆盖的所述隔离层上旋涂光刻胶，经曝光和显影后，形成电极图案；
沉积电极材料后，然后去除所述光刻胶，形成中央源电极/中央漏电极及若干周围漏电极/周围源电极。
可选的，剥离法获得二维纳米薄膜层的过程包括：取少量单晶原料粘到胶带上，反复撕10-40次，再将撕好的二维纳米薄膜样品转移至隔离层，形成二维纳米薄膜层。
可选地，将所述二维纳米薄膜样品转移至隔离层上的过程包括：将二维纳米薄膜样品转移到聚二甲基硅氧烷薄膜上，然后将聚二甲基硅氧烷薄膜上的二维纳米薄膜样品转移到隔离层上。
本发明第二方面所述的制备方法，步骤简单，成本低，可用于大规模工业化生产；制得的所述各向异性器件可以有效检测出二维纳米薄膜层在不同方向上的光电性质，充分发掘材料的各向异性，在电子和光电子领域具有巨大的潜在应用。
第三方面，本发明还提供了一种如本发明第一方面所述的各向异性器件在信息存储领域的应用。
本发明所述各向异性器件，可以充分测定材料的各向异性具体特点，例如，二维纳米薄膜层材料在不同方向上的电流分布特点等，所述各向异性器件在光学、导电、导热或磁场等领域的具有很高潜在应用价值。特别是，基于各向异性的材料，不同的方向电流大小的不同，可以进行相应的信息编辑从而存储；通过所述各向异性器件可以为实现在集成电路中信息的存储提供重要的检测数据，大大发挥出材料本身的各向异性的功能。
本发明的优点将会在下面的说明书中部分阐明，一部分根据说明书是显而易见的，或者可以通过本发明实施例的实施而获知。
附图说明
为更清楚地阐述本发明的内容，下面结合附图与具体实施例来对其进行详细说明。
图1为本发明一实施方式提供的各向异性器件的结构示意图；
图2为本发明另一实施方式提供的各向异性器件的结构示意图；
图3为本发明一实施方式提供的各向异性器件的制备流程结构示意图；
图4为实施例1中制得的各向异性器件的电学测试图。
具体实施方式
以下所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
请参照图1，图1为本发明一实施方式提供的各向异性器件100；包括基体层10、依次层叠在所述基体层10上的隔离层20和二维纳米薄膜层30，其中，二维纳米薄膜层30覆盖部分隔离层20，即二维纳米薄膜层30仅覆盖部分隔离层20，隔离层20表面还存有未被二维纳米薄膜层30覆盖而直接暴露的部分。各向异性器件100还包括一个中央源电极41及十二个周围漏电极42，其中，中央源电极41设于二维纳米薄膜层30的中部(中间位置)，即中央源电极41完全设于二维纳米薄膜层30上，且中央源电极41不与隔离层20及周围漏电极42接触；十二个周围漏电极42沿中央源电极41的周向(环绕中央源电极41设置)设于隔离层20上，且十二个周围漏电极42朝向二维纳米薄膜层30延伸至接触二维纳米薄膜层30。二维纳米薄膜层30为具有各向异性的二维纳米薄膜层。由此，中央源电极41可以通过二维纳米薄膜层30与十二个周围漏电极42导通。借助于二维纳米薄膜层30的各向异性特性，中央源电极41与不同的周围漏电极42之间具有不同的电导性，利用这一特性可以用于制备各向异性器件并应用于探测器领域。基于各向异性的材料，不同的方向电流大小的不同，还可以进行相应的信息编辑从而存储；通过所述各向异性器件可以为实现在集成电路中信息的存储提供重要的检测数据，大大发挥出材料本身的各向异性的功能。
本发明另一实施方式提供的各向异性器件与上述各向异性器件100结构相似，唯一的区别在于中央源电极41处设置成中央漏电极，十二个周围漏电极42设置成十二个周围源电极，工作原理相同，具有相同的各向异性。以下，仅以各向异性器件100为例，详细阐述各向异性器件的具体结构及参数，该实施方式各向异性器件100的中央源电极41的具体结构及参数同样适用于另一实施方式各向异性器件的中央漏电极，该实施方式各向异性器件100的周围漏电极42的具体结构及参数同样适用于另一实施方式各向异性器件的周围源电极。
本发明实施方式中，所述二维纳米薄膜层30可以但不限于为二维β-InSe纳米薄膜层，或为二维ReS2纳米薄膜层，或为二维ReSe2纳米薄膜层，或为二维BP纳米薄膜层，或为二维b-AsP纳米薄膜层。亦或是，二维纳米薄膜层30可以但不限于为二维β-InSe纳米薄膜、二维ReS2纳米薄膜、二维ReSe2纳米薄膜、二维BP纳米薄膜、二维b-AsP纳米薄膜组成的混合薄膜层，同样能够保证制备的二维纳米薄膜层30具有各向异性特性。更优选的，二维纳米薄膜层30为二维β-InSe纳米薄膜层。其中，上述二维纳米薄膜层30的厚度为2nm-80nm。
进一步地，所述二维纳米薄膜层30的厚度为10nm-50nm。
进一步地，所述二维纳米薄膜层30的厚度为50nm-80nm。
例如，本发明一实施方式中，所述二维纳米薄膜层30的厚度为2nm，或为5nm，或为10nm，或为20nm，或为30nm，或为35nm，或为45nm，或为50nm，或为60nm，或为70nm，或为80nm。
进一步地，二维纳米薄膜层30设置成圆盘状，中央源电极41设于二维纳米薄膜层30的圆心处，周围漏电极42沿二维纳米薄膜层30的外周缘呈圆周阵列排布，即如图1所示，周围漏电极42呈中心对称的辐射状分布于二维纳米薄膜层30的外周缘，周围漏电极42从二维纳米薄膜层30延伸至隔离层20，并且，任意相邻两个周围漏电极42的距离相等。由此，确保了各个周围漏电极42到中央源电极41的距离相等，仅所处于二维纳米薄膜层30的方位不同，即通过二维纳米薄膜层30自身的各向异性表征周围漏电极42与中央源电极41之间的电导特性。在其它实施方式中，各个周围漏电极42到中央源电极41的距离可以不相等，二维纳米薄膜层还可以设置成椭圆形、多边形、星形以及不规则形状，仅保证周围漏电极42与中央源电极41之间的电导特性在各方向上各不相同即可，同样能够应用于探测器领域及信息编辑、存储领域。
可选地，所述二维纳米薄膜层30的长宽尺寸为15μm-80μm。
进一步可选地，所述二维纳米薄膜层30的长宽尺寸为20μm-50μm。
例如，本发明一实施方式中，所述二维纳米薄膜层的长宽尺寸为15μm，或为20μm，或为30μm，或为40μm，或为50μm，或为60μm，或为70μm，或为80μm。
本发明实施方式中，所述基体层10的材质包括硅。进一步地，可选地，所述基体层10为p型或n型掺杂的硅。
可选地，所述基体层10的厚度为300μm-500μm。
进一步地，可选地，所述基体层10的厚度为400μm-500μm。
其中，所述基体层10的电阻率为1-10Ω·cm。
本发明实施方式中，所述隔离层20的材质包括二氧化硅。可选地，所述隔离层20的厚度为200nm-500nm。
进一步地，可选地，所述隔离层20的厚度为300nm-500nm。
例如，本发明一实施方式中，所述隔离层20的厚度为200nm，或为250nm，或为300nm，或为350nm，或为400nm，或为450nm，或为500nm。
可选地，周围漏电极42的数量为4-36个，任意相邻两个周围漏电极42的夹角为10-90°。例如，本实施例中，周围漏电极42的数量为12个，任意相邻两个周围漏电极42的夹角为30°。
可选地，所述中央源电极41及周围漏电极42的材质包括铬和金中的至少一种；所述中央源电极41及周围漏电极42的厚度为25nm-90nm。
可选地，所述中央源电极41及周围漏电极42的厚度为25nm-50nm。
可选地，所述中央源电极41及周围漏电极42的厚度为50nm-90nm。
例如，本发明一实施方式中，所述中央源电极41及周围漏电极42的厚度为25nm，或为30nm，或为35nm，或为40nm，或为50nm，或为60nm，或为70nm，或为80nm，或为90nm。
本发明实施例中，所述中央源电极41及周围漏电极42的材质包括金和铬中的至少一种。本实施方式中，所述中央源电极41的材质和所述周围漏电极42的材质可以相同也可以不同。
可选地，所述周围漏电极42的横截面形状可以但不限于为矩形、圆形、三角形或多边形。
例如，本实施方式中，所述周围漏电极42的截面形状为矩形。
本实施例中，为保证中央源电极41到各周围漏电极42的距离相等，确保中央源电极41与周围漏电极42之间的电导特性仅受到方向角度的影响。采用圆盘状中央源电极41且中央源电极41设于二维纳米薄膜层30圆心处。优选地，如图1所示，中央源电极41还可以沿径向朝各个周围漏电极42延伸出电极脚，便于突出该各向异性器件100的电导特性。在其它实施方式中，中央源电极41还可以设置成正十二边形，且正十二边形中央源电极41的任一角正对其中一个周围漏电极42，同样能够保证中央源电极41到各周围漏电极42的距离相等。
在其它实施方式中，各个周围漏电极42到中央源电极41的距离可以不相等，中央源电极41可以设置成椭圆形、多边形、星形以及不规则形状，仅保证周围漏电极42与中央源电极41之间的电导特性随着方向角度的变化而有所不同即可。
例如，本发明一实施方式中，所述中央源电极41及周围漏电极42由依次层叠在所述二维纳米薄膜层30的铬层和金层组成，其中，所述铬层的厚度为5nm-10nm，所述金层的厚度为20nm-80nm。所述由铬层和金层组成的中央源电极41和周围漏电极42具有更出色的电化学性能，可以与所述二维纳米薄膜层30之间保持良好的接触。
本发明一实施方式中，所述中央源电极41及周围漏电极42可以同时包括铬层和金层；且所述周围漏电极42的一部分与所述二维纳米薄膜层30接触，另一部分与所述隔离层20接触。
本实施方式中，所述各向异性器件包括N个所述周围漏电极42，N为大于或等于4的正整数。进一步地，N的数目可以小于20。
可选地，任意相邻两个周围漏电极42的夹角还可以为其他角度а。
可选地，所述中央源电极41与所述周围漏电极42的间距为10μm-50μm。本实施方式中，所述中央源电极41与周围漏电极42的间距为周围漏电极42的近心端到圆盘状中央源电极41的圆心之间的距离。
本发明实施例中，所述二维纳米薄膜层30的材质选自ReS2、ReSe2、BP、b-AsP和β-InSe中的一种或多种。所述二维纳米薄膜层30既具有良好的半导体性质，还具有特殊的各向异性特性；但由于各向异性是在同种晶体中，晶面的取向不同，从而导致晶体在不同方向的物理化学特性也不相同。本发明所述各向异性器件利用所述二维纳米薄膜层材料的各向异性特性，可以在电子和光电子领域具有巨大的潜在应用。
本发明第二方面提供了一种各向异性器件的制备方法，如图3所示，包括以下步骤：
S01，提供基体层，在所述基体层上设置隔离层，或者是提供设置有隔离层的基体层；
S02，采用剥离法获得二维纳米薄膜层，然后将所述二维纳米薄膜层转移至所述隔离层上；
S03，在所述二维纳米薄膜层上方以及未被所述二维纳米薄膜层覆盖的所述隔离层上方旋涂光刻胶，经曝光和显影后，形成电极图案；
S04，沉积电极材料，然后去除所述光刻胶，形成铺设在所述二维纳米薄膜层上，且呈辐射状分布的周围漏电极以及中央源电极，中央源电极设于二维纳米薄膜层的中部，周围漏电极沿中央源电极的周向设于隔离层上，且周围漏电极朝向二维纳米薄膜层延伸至接触二维纳米薄膜层。然后经洁净处理后得到各向异性器件。
本发明实施例中，步骤S01中，所述基体层和隔离层可以一并通过用硅片刀将商业用标准4英寸p型或n型掺杂的单抛氧化硅片(包括厚度为300μm-500μm、电阻率为1-10Ω·cm的硅部分，和厚度为300nm的二氧化硅部分)切成1×1cm2大小而得到。所述基体层和隔离层也可以在p型或n型掺杂的硅层上，层叠二氧化硅隔离层。
可选地，设置隔离层之后，转移二维纳米薄膜层之前，还包括对所述基体层和所述隔离层进行预处理；所述预处理的过程包括：将得到的含隔离层的基体层依次置入丙酮溶液、醇溶液中各超声5-15分钟，然后转移至去离子水中超声5-15分钟后，用高纯氮气快速吹干待用。所述醇溶液包括乙醇溶液或异丙醇溶液中的至少一种。
本发明实施方式中，步骤S02中，所述采用剥离法获得二维纳米薄膜层的过程包括：取少量单晶原料(例如β-InSe单晶)，粘到胶带(如Scotch胶带)上，反复撕10-40次，再将撕好的二维纳米薄膜样品转移到聚二甲基硅氧烷(PDMS)薄膜50(如图3所示)上，然后将聚二甲基硅氧烷薄膜50上的二维纳米薄膜样品转移到所述隔离层上。
本发明实施方式中，通过反复撕10-40次，可以得到多个二维纳米薄膜样品，通过所述PDMS薄膜可以将至少一个二维纳米薄膜样品转移至所述隔离层上。例如可以将多个二维纳米薄膜样品间隔分布在隔离层上，得到间隔排布在所述隔离层上的多个二维纳米薄膜层。
本发明实施例中，步骤S04中，在所述二维纳米薄膜层上方以及未被所述二维纳米薄膜层覆盖的隔离层上方旋涂一层光刻胶(PMMA)；然后在加热板上烘1-5分钟，烘干温度为50-180℃，其中，旋涂的转速为2000-4000转/分钟。将涂有光刻胶的样品进行电子束曝光，并通过显影工艺得到特定的电极图案。本发明所述实施方式中，所述电极图案包括穿透所述光刻胶且暴露出部分所述二维纳米薄膜层的多对通孔。
本发明实施例中，通过预先设计电极图案，可以相应得到各种类型排布的中央源电极及周围漏电极。例如图1，所述多个周围漏电极呈辐射状分布在所述二维纳米薄膜层上，相邻两个周围漏电极的夹角为不同。
可选地，所述隔离层上还可以层叠有多个间隔排布的二维纳米薄膜层30。任意相邻两个所述二维纳米薄膜层的间距L为10μm-500μm，参见图2。
可选地，所述通孔的截面形状可以但不限于为矩形、圆形、三角形或多边形。
可选地，所述光刻胶的型号可以但不限于为950(A4-A10)。
本发明实施例中，步骤S04中，在所述通孔上方进行沉积电极材料，所述电极材料填充所述通孔并与光吸收层相接触，形成多个周围漏电极及中央源电极。
可选地，采用热蒸镀或磁控溅射等方法进行沉积。例如，本发明一实施方式中，通过先沉积5-10nm厚度的铬层，然后再沉积20-80nm厚度的金层以形成所述源电极和漏电极。
可选地，所述沉积电极材料之后还包括，将沉积完电极材料的样品放入丙酮有机溶剂中浸泡用于去除光刻胶，并放置在加热板上加热10-30分钟，其中加热板温度设置为30-50℃，最后取出样品用高纯氮气快速吹干以进行洁净处理。
可选地，制备得到各向异性器件后，可以用半导体特性分析仪对所述各向异性器件的进行相关性能测试。
本实施方式中，所述各向异性器件的制备流程结构示意图可以参见图3所示。
本发明第二方面所述的制备方法，步骤简单，成本低，可用于大规模工业化生产；制得的所述各向异性器件可以有效检测出二维纳米薄膜层的各向异性在不同方向上的光电性质，在制备各向异性的光电器件、各向异性探测器及信息存储应用上具有重要意义。
实施例1
一种基于二维β-InSe纳米薄膜的各向异性器件的制备方法，包括以下步骤：
(1)清洗硅片；用硅片刀将商业用标准4英寸p型或n型掺杂的单抛氧化硅片(硅部分的厚度为300μm-500μm，电阻率为1-10Ω·cm，二氧化硅的厚度为300nm)切成1×1cm2大小，通过丙酮溶液、异丙醇分别超声5min，再用去离子水超声5min并用高纯氮气快速吹干待用，得到层叠在一起的硅基体层和二氧化硅隔离层。
(2)制备样品；取少量β-InSe单晶粘到Scotch胶带上，反复撕10-20次，再将撕好的β-InSe纳米薄膜样品转移到聚二甲基硅氧烷薄膜上，然后将聚二甲基硅氧烷薄膜上的β-InSe纳米薄膜样品转移到步骤(1)中的二氧化硅隔离层上。
(3)旋涂烘干；在上述硅片表面旋涂一层光刻胶PMMA(A4)，转速为3000转/分钟,并在加热板上烘5分钟，烘干温度为120摄氏度。
(4)电子束曝光、显影；将涂有光刻胶的样品进行电子束曝光，并通过显影工艺得到特定的电极图案。
(5)镀膜；通过热蒸镀的方法先后蒸镀10nm的铬和80nm的金，制得铬/金中央源电极、周围漏电极，且周围漏电极关于所述二维纳米薄膜层的中心呈圆周阵列排布。
(6)去金；将蒸镀好铬/金中央源电极、周围漏电极的样品放入丙酮中浸泡，并放置在加热板上加热10-30分钟，其中加热板温度设置为30-50摄氏度范围内，最后取出样品用高纯氮气快速吹干，得到基于二维β-InSe纳米薄膜的各向异性器件。
实施例2
一种基于二维ReSe2纳米薄膜的各向异性器件的制备方法，包括以下步骤：
(1)清洗硅片；用硅片刀将商业用标准4英寸p型或n型掺杂的单抛氧化硅片(硅部分的厚度为300μm-500μm，电阻率为1-10Ω·cm，二氧化硅的厚度为300nm)切成1×1cm2大小，通过丙酮溶液、异丙醇分别超声5min，再用去离子水超声5min并用高纯氮气快速吹干待用，得到层叠在一起的硅基体层和二氧化硅隔离层。
(2)制备样品；取少量ReSe2单晶粘到Scotch胶带上，反复撕10-20次，再将撕好的样品转移到聚二甲基硅氧烷薄膜上，然后将聚二甲基硅氧烷薄膜上的样品转移到步骤(1)中的二氧化硅隔离层上。
(3)旋涂烘干；在上述硅片表面旋涂一层光刻胶PMMA(A4)，转速为3000转/分钟,并在加热板上烘5分钟，烘干温度为120摄氏度。
(4)电子束曝光、显影；将涂有光刻胶的样品进行电子束曝光，并通过显影工艺得到特定的电极图案。
(5)镀膜；通过热蒸镀的方法先后蒸镀10nm的铬和80nm的金，制得铬/金中央源电极、周围漏电极，且周围漏电极关于所述二维纳米薄膜层的中心呈圆周阵列排布。
(6)去金；将蒸镀好铬/金中央源电极、周围漏电极的样品放入丙酮中浸泡，并放置在加热板上加热10-30分钟，其中加热板温度设置为30-50摄氏度范围内，最后取出样品用高纯氮气快速吹干，得到基于二维ReSe2纳米薄膜的各向异性器件。
实施例3
一种基于二维ReS2纳米薄膜的各向异性器件的制备方法，包括以下步骤：
(1)清洗硅片；用硅片刀将商业用标准4英寸p型或n型掺杂的单抛氧化硅片(硅部分的厚度为300μm-500μm，电阻率为1-10Ω·cm，二氧化硅的厚度为300nm)切成1×1cm2大小，通过丙酮溶液、异丙醇分别超声5min，再用去离子水超声5min并用高纯氮气快速吹干待用，得到层叠在一起的硅基体层和二氧化硅隔离层。
(2)制备样品；取少量ReS2单晶粘到Scotch胶带上，反复撕10-20次，再将撕好的样品转移到聚二甲基硅氧烷薄膜上，然后将聚二甲基硅氧烷薄膜上的样品转移到步骤(1)中的二氧化硅隔离层上。
(3)旋涂烘干；在上述硅片表面旋涂一层光刻胶PMMA(A4)，转速为3000转/分钟,并在加热板上烘5分钟，烘干温度为120摄氏度。
(4)电子束曝光、显影；将涂有光刻胶的样品进行电子束曝光，并通过显影工艺得到特定的电极图案。
(5)镀膜；通过热蒸镀的方法先后蒸镀10nm的铬和80nm的金，制得铬/金中央源电极、周围漏电极，且周围漏电极关于所述二维纳米薄膜层的中心呈圆周阵列排布。
(6)去金；将蒸镀好铬/金中央源电极、周围漏电极的样品放入丙酮中浸泡，并放置在加热板上加热10-30分钟，其中加热板温度设置为30-50摄氏度范围内，最后取出样品用高纯氮气快速吹干，得到基于二维ReS2纳米薄膜的各向异性器件。
实施例4
一种基于二维b-AsP纳米薄膜的各向异性器件的制备方法，包括以下步骤：
(1)清洗硅片；用硅片刀将商业用标准4英寸p型或n型掺杂的单抛氧化硅片(硅部分的厚度为300μm-500μm，电阻率为1-10Ω·cm，二氧化硅的厚度为300nm)切成1×1cm2大小，通过丙酮溶液、异丙醇分别超声5min，再用去离子水超声5min并用高纯氮气快速吹干待用，得到层叠在一起的硅基体层和二氧化硅隔离层。
(2)制备样品；取少量b-AsP材料粘到Scotch胶带上，反复撕10-20次，再将撕好的样品转移到聚二甲基硅氧烷薄膜上，然后将聚二甲基硅氧烷薄膜上的b-AsP纳米薄膜样品转移到步骤(1)中的二氧化硅隔离层上。
(3)旋涂烘干；在上述硅片表面旋涂一层光刻胶PMMA(A4)，转速为3000转/分钟,并在加热板上烘5分钟，烘干温度为120摄氏度。
(4)电子束曝光、显影；将涂有光刻胶的样品进行电子束曝光，并通过显影工艺得到特定的电极图案。
(5)镀膜；通过热蒸镀的方法先后蒸镀10nm的铬和80nm的金，制得铬/金中央源电极、周围漏电极，且周围漏电极关于所述二维纳米薄膜层的中心呈圆周阵列排布。
(6)去金；将蒸镀好铬/金中央源电极、周围漏电极的样品放入丙酮中浸泡，并放置在加热板上加热10-30分钟，其中加热板温度设置为30-50摄氏度范围内，最后取出样品用高纯氮气快速吹干，得到基于二维b-AsP纳米薄膜的各向异性器件。
实施例5
一种基于二维BP纳米薄膜的各向异性器件的制备方法，包括以下步骤：
(1)清洗硅片；用硅片刀将商业用标准4英寸p型或n型掺杂的单抛氧化硅片(硅部分的厚度为300μm-500μm，电阻率为1-10Ω·cm，二氧化硅的厚度为300nm)切成1×1cm2大小，通过丙酮溶液、异丙醇分别超声5min，再用去离子水超声5min并用高纯氮气快速吹干待用，得到层叠在一起的硅基体层和二氧化硅隔离层。
(2)制备样品；取少量BP材料粘到Scotch胶带上，反复撕10-20次，再将撕好的样品转移到聚二甲基硅氧烷薄膜上，然后将聚二甲基硅氧烷薄膜上的BP纳米薄膜样品转移到步骤(1)中的二氧化硅隔离层上。
(3)旋涂烘干；在上述硅片表面旋涂一层光刻胶PMMA(A4)，转速为3000转/分钟,并在加热板上烘5分钟，烘干温度为120摄氏度。
(4)电子束曝光、显影；将涂有光刻胶的样品进行电子束曝光，并通过显影工艺得到特定的电极图案。
(5)镀膜；通过热蒸镀的方法先后蒸镀10nm的铬和80nm的金，制得铬/金中央源电极、周围漏电极，且周围漏电极关于所述二维纳米薄膜层的中心呈圆周阵列排布。
(6)去金；将蒸镀好铬/金中央源电极、周围漏电极的样品放入丙酮中浸泡，并放置在加热板上加热10-30分钟，其中加热板温度设置为30-50摄氏度范围内，最后取出样品用高纯氮气快速吹干，得到基于二维BP纳米薄膜的各向异性器件。
效果实施例：
一种基于二维β-InSe的检测其输运各向异性的测试方法，该方法包括以下步骤：
(1)取实施例1中制作的各向异性器件，用硅片刀在硅片的一个角划开二氧化硅隔离层。
(2)将其放在半导体特性分析仪配套的探针平台上，通过配套的CCD成像***找到硅片上器件的准确位置。
(3)先将探针平台放置样品的腔室抽真空，当真空度达到5×10-2Torr时，选取探针台配套的两个探针，一个探针接触到器件的中央源电极，另一个探针接触不同的周围漏电极，选取另一探针接触步骤(1)中划开的二氧化硅隔离层，当做各向异性特性的背栅电极。
(4)打开半导体特性分析仪测试软件，漏极探针选择电压扫描模式，扫描范围为-1V-1V，设置栅极电压为0V，源极电压为0V。
(5)运行测试软件，得到器件的电学测试图。
(6)调整探针测量0°，30°，60°，90°，120°，150°，180°，210°，240°，270°，300°，330°，360°方向的器件，分别得到该器件的电学测试图，参加图4。
从图4中可以看出，不同的源漏电压(Vds)下，电流大小和测量方向的关系。每一条曲线是在测量出0，30，60，90，120，150，180，210，240，270，300，330，360度方向下的电流值，然后通过函数拟合得到的结果。通过图4的内容可以图具体地反映出材料在不同的方向上电流大小的不同，从而体现出了该各向异性器件的功能。通过得到基于二维β-InSe纳米薄膜层在不同的方向上电流大小的差异，可以对其进行设计或制成具有信息存储功能的集成电路，这将会具有巨大的实用价值。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (12)
1.一种各向异性器件，其特征在于，包括基体层、依次层叠在所述基体层上的隔离层和二维纳米薄膜层，所述二维纳米薄膜层覆盖部分隔离层，还包括中央源电极/中央漏电极及若干周围漏电极/周围源电极；
所述中央源电极/中央漏电极设于所述二维纳米薄膜层的中部，所述若干周围漏电极/周围源电极沿所述中央源电极/中央漏电极的周向设于所述隔离层上，且所述若干周围漏电极/周围源电极朝向二维纳米薄膜层延伸至接触二维纳米薄膜层；
所述二维纳米薄膜层为具有各向异性的二维纳米薄膜层。
2.如权利要求1所述的各向异性器件，其特征在于，所述二维纳米薄膜层的材质包括二硫化铼、二硒化铼、黑磷、黑砷磷和β相硒化铟中的至少一种。
3.如权利要求2所述的各向异性器件，其特征在于，所述二维纳米薄膜层的材质为β相硒化铟。
4.如权利要求1所述的各向异性器件，其特征在于，所述二维纳米薄膜层设置成圆盘状，所述中央源电极/中央漏电极设于所述二维纳米薄膜层的圆心处，所述若干周围漏电极/周围源电极沿二维纳米薄膜层的外周缘呈圆周阵列排布。
5.如权利要求4所述的各向异性器件，其特征在于，所述若干周围漏电极/周围源电极的数量为4-36个，任意相邻两个周围漏电极/周围源电极的夹角为10-90°。
6.如权利要求1所述的各向异性器件，其特征在于，所述各向异性器件包括层叠在所述隔离层上的多个间隔排布的二维纳米薄膜层，任意相邻两个所述二维纳米薄膜层的间距为10μm-500μm。
7.如权利要求1所述的各向异性器件，其特征在于，所述二维纳米薄膜层的厚度为2nm-80nm。
8.一种各向异性器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供基体层及隔离层；
采用剥离法获得二维纳米薄膜层，然后将所述二维纳米薄膜层转移至所述隔离层上，所述二维纳米薄膜层的材质为具有各向异性的二维纳米薄膜层；
沉积电极材料，形成中央源电极/中央漏电极及若干周围漏电极/周围源电极，得到各向异性器件；
其中，所述中央源电极/中央漏电极设于所述二维纳米薄膜层的中部，所述若干周围漏电极/周围源电极沿所述中央源电极/中央漏电极的周向设于所述隔离层上，且所述若干周围漏电极/周围源电极朝向二维纳米薄膜层延伸至接触二维纳米薄膜层。
9.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，沉积电极材料过程中，在所述二维纳米薄膜层上以及未被所述二维纳米薄膜层覆盖的所述隔离层上旋涂光刻胶，经曝光和显影后，形成电极图案；
沉积电极材料后，然后去除所述光刻胶，形成中央源电极/中央漏电极及若干周围漏电极/周围源电极。
10.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，剥离法获得二维纳米薄膜层的过程包括：取少量单晶原料粘到胶带上，反复撕10-40次，再将撕好的二维纳米薄膜样品转移至隔离层，形成二维纳米薄膜层。
11.如权利要求10所述的制备方法，其特征在于，将二维纳米薄膜样品转移至隔离层上的过程包括：将二维纳米薄膜样品转移到聚二甲基硅氧烷薄膜上，然后将聚二甲基硅氧烷薄膜上的二维纳米薄膜样品转移到隔离层上。
12.一种如权利要求1-7任一项所述的各向异性器件在信息存储领域的应用。
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2021114905A1 (zh) | 2021-06-17 |
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