示例實施方式涉及半導(dǎo)體器件和/或制造該半導(dǎo)體器件的方法，更具體而言，涉及包括二維(2D)材料的半導(dǎo)體器件和/或制造該半導(dǎo)體器件的方法。

背景技術(shù)：

二維(2D)材料是其中原子形成晶體結(jié)構(gòu)的單層或半層固體材料。2D材料的最眾所周知的示例是石墨烯。石墨烯是其中碳原子形成六方結(jié)構(gòu)的單層(例如，單原子層)結(jié)構(gòu)。石墨烯可具有繞狄拉克點對稱的能帶結(jié)構(gòu)，在狄拉克點的電荷的有效質(zhì)量相當小。因此，石墨烯可具有是硅(Si)的電荷遷移率的至少10倍或更高(可以甚至是1000倍或更高)的電荷遷移率。此外，石墨烯可具有高費米速度(VF)。因此，包括石墨烯的2D材料作為可以克服現(xiàn)有技術(shù)中的材料的限制的下一代材料已經(jīng)引起注意。

已經(jīng)試圖將2D材料應(yīng)用于各種半導(dǎo)體器件。然而，在應(yīng)用2D材料到半導(dǎo)體器件時，可能產(chǎn)生各種技術(shù)問題，并且可能難以確保優(yōu)良的性質(zhì)/性能。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

示例實施方式涉及包括二維(2D)材料的高性能半導(dǎo)體器件(例如，光電器件或晶體管)。

示例實施方式涉及具有受控的能帶結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件。

示例實施方式涉及配置為即使在沒有施加外電壓時也表現(xiàn)出良好的光電轉(zhuǎn)換性能的光電器件。

示例實施方式涉及可以用低功率操作并且具有優(yōu)良的操作特性的晶體管。

示例實施方式涉及制造半導(dǎo)體器件(例如，光電器件或晶體管)的方法。

另外的示例實施方式將在以下的描述中部分地闡述，且部分地將自該描述明顯或者可以從示例實施方式的實踐而習知。

根據(jù)各種示例實施方式，一種光電器件包括：第一電極；與第一電極間 隔開的第二電極；以及在第一電極和第二電極之間的半導(dǎo)體有源層，其中第一電極和第二電極中的至少一個包括摻雜的石墨烯，以及其中半導(dǎo)體有源層具有基本上0.1eV或更大的內(nèi)建電勢。在一個示例實施方式中，具有基本上0.1eV或更大的內(nèi)建電勢的半導(dǎo)體有源層是改進的半導(dǎo)體有源層。

第一電極和第二電極中的其中之一可以包括用p型摻雜劑摻雜的石墨烯，第一電極和第二電極中的另一個可以包括用n型摻雜劑摻雜的石墨烯。

第一電極和第二電極中的其中之一可以包括用p型摻雜劑或n型摻雜劑摻雜的石墨烯，第一電極和第二電極中的另一個可以包括金屬性材料。

摻雜的石墨烯和金屬性材料的功函數(shù)之差可以是大約0.1eV至5eV。

半導(dǎo)體有源層的內(nèi)建電場可以是大約0.3至100MV/cm。

半導(dǎo)體有源層可以包括鄰近第一電極的第一區(qū)域和鄰近第二電極的第二區(qū)域，第一區(qū)域和第二區(qū)域中的至少一個可以是摻雜區(qū)域。

當?shù)谝浑姌O用第一類型的摻雜劑摻雜時，半導(dǎo)體有源層的第一區(qū)域可以用與第一類型相同的類型的摻雜劑摻雜。

當?shù)诙姌O用第二類型的摻雜劑摻雜時，半導(dǎo)體有源層的第二區(qū)域可以用與第二類型相同的類型的摻雜劑摻雜。

半導(dǎo)體有源層的第一區(qū)域和第二區(qū)域可以彼此彼此間隔開或可以彼此接觸。

半導(dǎo)體有源層可以包括具有二維(2D)晶體結(jié)構(gòu)的2D半導(dǎo)體。

2D半導(dǎo)體可以包括金屬硫?qū)倩锘牧稀?/p>

金屬硫?qū)倩锘牧峡梢园ò琈o、W、Nb、V、Ta、Ti、Zr、Hf、Tc、Re、Cu、Ga、In、Sn、Ge和Pb的金屬元素以及包含S、Se和Te的硫?qū)僭亍?/p>

半導(dǎo)體有源層可以包括量子點。

第一電極、第二電極和半導(dǎo)體有源層中的大部分或全部可以包括2D材料。

半導(dǎo)體有源層的內(nèi)建電勢可以小于或等于大約5eV。

光電器件可以是光電探測器或光伏器件。

光電探測器可以是自供電的光電探測器。

光電器件還可以包括接觸第一電極的第一接觸電極以及接觸第二電極的第二接觸電極。

第一接觸電極和第二接觸電極可以在水平方向上彼此間隔開。

第一接觸電極和第二接觸電極可以在豎直方向上彼此間隔開。

第一電極可以在第一方向上從半導(dǎo)體有源層延伸，第二電極可以在與第一方向相反的第二方向上從半導(dǎo)體有源層延伸。

第一電極可以在第一方向上從半導(dǎo)體有源層延伸，第二電極可以在與第一方向垂直的第二方向上從半導(dǎo)體有源層延伸。

第一電極、第二電極和半導(dǎo)體有源層可以組成單位單元，并且光電器件可以包括多個單位單元。

光電器件可以還包括分別連接到所述多個單位單元的第一端的多個第一接觸電極以及共同地連接到所述多個單位單元的第二端的第二接觸電極。

根據(jù)至少一個示例實施方式，一種光電器件包括：第一電極；與第一電極間隔開的第二電極；以及半導(dǎo)體有源層，插置在第一電極和第二電極之間并且包括2D半導(dǎo)體和量子點中的至少一個，其中半導(dǎo)體有源層在第一電極和第二電極之間具有基本上0.1eV或更大的內(nèi)建電勢。

第一電極和第二電極中的至少一個可以包括摻雜的石墨烯。

第一電極和第二電極中的其中之一可以包括用p型摻雜劑摻雜的石墨烯，第一電極和所述第二電極中的另一個可以包括用n型摻雜劑摻雜的石墨烯。

第一電極和第二電極中的其中之一可以包括用p型摻雜劑或n型摻雜劑摻雜的石墨烯，第一電極和第二電極中的另一個可以包括金屬性材料。

半導(dǎo)體有源層可以包括鄰近第一電極的第一區(qū)域以及鄰近第二電極的第二區(qū)域，并且第一區(qū)域和第二區(qū)域中的至少一個可以是摻雜區(qū)域。

當?shù)谝浑姌O用第一類型的摻雜劑摻雜時，半導(dǎo)體有源層的第一區(qū)域可以是用與第一類型相同的類型的摻雜劑摻雜的區(qū)域。

當?shù)诙姌O用第二類型的摻雜劑摻雜時，半導(dǎo)體有源層的第二區(qū)域可以是用與第二類型相同的類型的摻雜劑摻雜的區(qū)域。

2D半導(dǎo)體可以包括金屬硫?qū)倩锘牧稀?/p>

金屬硫?qū)倩锘牧峡梢园ò琈o、W、Nb、V、Ta、Ti、Zr、Hf、Tc、Re、Cu、Ga、In、Sn、Ge和Pb的金屬元素以及包含S、Se和Te的硫?qū)僭亍?/p>

根據(jù)至少一個示例實施方式，一種晶體管包括：源電極；與源電極間隔 開的漏電極；在源電極和漏電極之間的半導(dǎo)體層；以及柵電極，用于施加電場到半導(dǎo)體層，其中源電極和漏電極中的至少一個包括摻雜的石墨烯，并且半導(dǎo)體層具有基本上0.1eV或更大的內(nèi)建電勢。

源電極和漏電極中的其中之一可以包括用p型摻雜劑摻雜的石墨烯，源電極和漏電極中的另一個可以包括用n型摻雜劑摻雜的石墨烯。

源電極和漏電極中的其中之一可以包括摻雜的石墨烯，源電極和漏電極中的另一個可以包括金屬性材料。

摻雜的石墨烯與金屬性材料的功函數(shù)之差可以是大約0.1eV至大約5eV。

半導(dǎo)體層的內(nèi)建電場可以是大約0.3MV/cm至100MV/cm。

半導(dǎo)體層可以包括鄰近源電極的第一區(qū)域以及鄰近漏電極的第二區(qū)域，第一區(qū)域和第二區(qū)域中的至少一個可以是摻雜區(qū)域。

當源電極用第一類型的摻雜劑摻雜時，半導(dǎo)體層的第一區(qū)域可以是用與第一類型相同的類型的摻雜劑摻雜的區(qū)域。

當漏電極用第二類型的摻雜劑摻雜時，半導(dǎo)體層的第二區(qū)域可以是用與第二類型相同的類型的摻雜劑摻雜的區(qū)域。

半導(dǎo)體層可以包括2D半導(dǎo)體和量子點中的至少之一。

2D半導(dǎo)體可以包括金屬硫?qū)倩锘牧稀?/p>

半導(dǎo)體有源層的內(nèi)建電勢可以小于或等于大約5eV。

半導(dǎo)體層可以是隧穿層。

晶體管可以是隧穿晶體管。

附圖說明

從結(jié)合附圖的以下描述，這些和/或其它示例實施方式將變得明顯且更易于理解，在圖中：

圖1是根據(jù)至少一個示例實施方式的光電子器件的平面圖；

圖2是沿圖1中的線A-A'截取的截面圖；

圖3是沿圖1中的線B-B'截取的截面圖；

圖4是當光電子器件處于平衡狀態(tài)時圖1-3的光電子器件的能帶圖；

圖5當光電子器件處于平衡狀態(tài)時根據(jù)比較示例的光電子器件的能帶圖；

圖6是當外電壓被施加到根據(jù)圖5的比較示例的光電子器件時從圖5改變的能帶圖；

圖7當光電子器件處于平衡狀態(tài)時根據(jù)另一示例實施方式的光電子器件的能帶圖；

圖8當光電子器件處于平衡狀態(tài)時根據(jù)另一示例實施方式的光電子器件的能帶圖；

圖9是根據(jù)另一示例實施方式的可應(yīng)用到光電子器件的半導(dǎo)體有源層的截面圖；

圖10是根據(jù)另一示例實施方式的可應(yīng)用到光電子器件的半導(dǎo)體有源層的截面圖；

圖11是根據(jù)另一示例實施方式的可應(yīng)用到光電子器件的半導(dǎo)體有源層的截面圖；

圖12是根據(jù)另一示例實施方式的可應(yīng)用到光電子器件的半導(dǎo)體有源層的截面圖；

圖13是根據(jù)另一示例實施方式的可應(yīng)用到光電子器件的半導(dǎo)體有源層的量子點(QD)層的截面圖；

圖14是根據(jù)另一示例實施方式的光電子器件的截面圖；

圖15是根據(jù)另一示例實施方式的光電子器件的截面圖；

圖16是根據(jù)另一示例實施方式的光電子器件的截面圖；

圖17是根據(jù)另一示例實施方式的光電子器件的截面圖；

圖18是根據(jù)另一示例實施方式的光電子器件的截面圖；

圖19是根據(jù)另一示例實施方式的光電子器件的截面圖；

圖20是根據(jù)另一示例實施方式的光電子器件的平面圖；

圖21是根據(jù)另一示例實施方式的光電子器件的平面圖；

圖22是根據(jù)另一示例實施方式的光電子器件的平面圖；

圖23是根據(jù)示例實施方式的光電子器件的光學(xué)顯微鏡圖像；

圖24是曲線圖，顯示了評估圖23的光電子器件的柵極電壓-漏極電流(Vg-Id)特性的結(jié)果；

圖25是曲線圖，顯示了評估圖23的光電子器件的漏極電壓-漏極電流(Vd-Id)特性的結(jié)果；

圖26顯示了評估根據(jù)示例實施方式的光電子器件的光導(dǎo)性質(zhì)的結(jié)果；

圖27是根據(jù)示例實施方式的晶體管的截面圖；

圖28是當晶體管處于平衡狀態(tài)時圖27的晶體管的能帶圖；

圖29A至29F是用于說明根據(jù)示例實施方式的制造半導(dǎo)體器件的方法的截面圖；

圖30A至30E是截面圖，用于說明根據(jù)示例實施方式的摻雜可應(yīng)用到半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體層的至少一部分的方法；

圖31A至31D是截面圖，用于說明根據(jù)另一示例實施方式的摻雜可應(yīng)用到半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體層的至少一部分的方法；以及

圖32A至32G是截面圖，用于說明根據(jù)另一示例實施方式的制造半導(dǎo)體器件的方法。

具體實施方式

現(xiàn)在將參考附圖更全面地描述各個示例實施方式，在附圖中顯示出所述示例實施方式。

將理解，當元件被稱為“連接”或“聯(lián)接”到另一元件時，它可以直接連接或聯(lián)接到所述另一元件或者可以存在居間元件。相反，當元件被稱為“直接連接”或“直接聯(lián)接”到另一元件時，沒有局間元件存在。在此使用時，術(shù)語“和/或”包括一個或多個相關(guān)列舉項目的任意和所有組合。此外，將理解，當一層被稱為“在”另一層“下面”時，它可以直接在所述另一層下面，或者也可以存在一個或多個居間層。此外，還將理解，當一層被稱為“在”兩個層“之間”時，它可以是在這兩個層之間的唯一層，或者也可以存在一個或多個居間層。

將理解，雖然術(shù)語“第一”、“第二”等可以用于此來描述不同的元件、組件、區(qū)域、層和/或部分，但是這些元件、組件、區(qū)域、層和/或部分不應(yīng)受這些術(shù)語限制。這些術(shù)語僅用于區(qū)分一個元件、組件、區(qū)域、層或部分與另一元件、組件、區(qū)域、層或部分。因而，以下討論的第一元件、組件、區(qū)域、層或部分可以被稱為第二元件、組件、區(qū)域、層或部分，而不脫離示例實施方式的教導(dǎo)。

在圖中，為了圖示清晰，可以夸大層和區(qū)域的尺寸。相同的附圖標記始終指代相同的元件。相同的附圖標記在整個說明書中表示相同的組件。

為了便于描述，可以在此使用空間關(guān)系術(shù)語，諸如“在……下面”、“以 下”、“下”、“在……上”、“上”等來描述一個元件或特征與其它元件或特征如圖中所示的關(guān)系。將理解，除了圖中所描繪的取向之外，空間關(guān)系術(shù)語旨在包含裝置在使用或操作中的其它不同取向。例如，如果在圖中的裝置被翻轉(zhuǎn)，則被描述為“在”其它元件或特征“下”或“下面”的元件可以取向為在所述其它元件或特征“上"。因而，示例術(shù)語“在……下”可以包含上和下兩種取向。裝置可以被另外地取向(旋轉(zhuǎn)90度或其它取向)，并且在此使用的空間關(guān)系描述語可以被相應(yīng)地解釋。

在此使用的術(shù)語僅用于描述特定實施方式，而不意欲限制示例實施方式。在此使用時，單數(shù)形式“一”、“該”也旨在包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文清晰地另外表示。還將理解，當在本說明書中使用時，術(shù)語“包括”和/或“包含”說明所述特征、整體、步驟、操作、元件和/或組件的存在，但是不排除一個或多個其它特征、整體、步驟、操作、元件、組件和/或其組的存在或添加。

在此參考截面圖描述了示例實施方式，其中截面圖是示例實施方式的理想化實施方式(和中間結(jié)構(gòu))的示意性圖示。因此，由于例如制造技術(shù)和/或公差引起的圖示形狀的偏離是可以預(yù)期的。因而，示例實施方式不應(yīng)被理解為限于在此示出的區(qū)域的具體形狀，而是將包括例如由制造引起的形狀的偏離。例如，被示為矩形的注入?yún)^(qū)在其邊緣典型地將具有圓化或彎曲的特征和/或注入濃度梯度，而不是從注入?yún)^(qū)到非注入?yún)^(qū)的二元變化。同樣地，通過注入形成的埋入?yún)^(qū)可導(dǎo)致在埋入層與通過其發(fā)生注入的表面之間的區(qū)域中的一些注入。因而，在圖中示出的區(qū)域本質(zhì)上是示意性的，它們的形狀不旨在示出裝置的區(qū)域的實際形狀，并且不旨在限制示例實施方式的范圍。

除非另外地定義，在此使用的所有術(shù)語(包括技術(shù)術(shù)語和科學(xué)術(shù)語)具有與示例實施方式所屬領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員通常理解的相同含義。還將理解，術(shù)語，諸如在通常使用的字典中所定義的那些，應(yīng)被理解為具有與在相關(guān)領(lǐng)域的背景中的含義一致的含義，而不應(yīng)理解為理想化或過度形式化的意義，除非在此清楚地如此定義。在此使用時，當諸如“……的至少之一”表述放在一列元件之后時，修飾整列元件而不修飾該列中的個別元件。

當結(jié)合數(shù)值在本說明書中使用術(shù)語“大約”或“大致”時，相關(guān)的數(shù)值旨在包括所述數(shù)值周圍±10％的公差。此外，當參考本說明書中的百分數(shù)時，那些百分數(shù)旨在基于重量，即，重量百分數(shù)。表述“直到”包括零至表述的 上限以及在其間的所有值的全部。當說明范圍時，該范圍包括在其間的所有值諸如0.1％的增量。此外，當結(jié)合幾何形狀使用詞語“通?！焙汀按笾隆睍r，意指不要求幾何形狀的精確性，而是該形狀的自由范圍(latitude)在本公開的范圍內(nèi)。雖然示例實施方式的管狀元件可以是圓筒形的，但是其它管狀截面形式是被考慮的，諸如正方形、矩形、橢圓形、三角形等。

在下文中，將參考附圖更全面地描述根據(jù)示例實施方式的包括二維(2D)材料的半導(dǎo)體器件以及制造該半導(dǎo)體器件的方法。在圖中，為了清晰，夸大了層和區(qū)域的寬度和厚度。圖中相同的附圖標記表示相同的元件。

圖1是根據(jù)示例實施方式的光電子器件的平面圖。圖2是沿圖1中的線A-A'截取的截面圖。圖3是沿圖1中的線B-B'截取的截面圖。

參考圖1-3，光電子器件可以包括彼此分開的第一電極E10和第二電極E20以及設(shè)置在其間的半導(dǎo)體有源層S10。第一電極E10可以形成在基板SUB10上，半導(dǎo)體有源層S10可以形成在第一電極E10的至少一部分上，第二電極E20可以形成為覆蓋基板SUB10上的半導(dǎo)體有源層S10的至少一部分。因而，第一電極E10、半導(dǎo)體有源層S10和第二電極E20可以在豎直方向(即，Z軸方向)上至少部分地彼此交疊。在這方面，光電子器件可以被認為包括豎直層疊結(jié)構(gòu)?；錝UB10可以是例如半導(dǎo)體基板，諸如硅基板。在該情形下，基板SUB10可以包括形成在基板SUB10的表面(即，上表面)上的絕緣層(未示出)，諸如硅氧化物層。第一電極E10、半導(dǎo)體有源層S10和第二電極E20可以形成在絕緣層上。然而，基板SUB10的材料可以變化。此外，在使用絕緣層時，絕緣層的材料可以變化?；錝UB10可以是柔性基板或剛性基板，并且可以是透明的、不透明的或半透明的基板。

第一電極E10和第二電極E20中的至少一個可以包括摻雜的石墨烯層。例如，第一和第二電極E10和E20中的其中之一可以包括用p型摻雜劑摻雜的石墨烯層(即，p-摻雜的石墨烯層；p-G)，第一和第二電極E10和E20中的另一個可以包括用n型摻雜劑摻雜的石墨烯層(即，n-摻雜的石墨烯層；n-G)。在圖1-3中，第一電極E10是p-摻雜的石墨烯層p-G，第二電極E20是n-摻雜的石墨烯層n-G。然而，第一電極E10可以是n-摻雜的石墨烯層n-G，第二電極E20可以是p-摻雜的石墨烯層p-G。p-摻雜的石墨烯層p-G的功函數(shù)可以大于約4.5eV并且小于或等于約5.5eV。例如，p-摻雜的石墨烯層p-G的功函數(shù)可以是大約4.9eV至大約5.5eV。n-摻雜的石墨烯層n-G 的功函數(shù)可以等于或大于約3.5eV并且小于約4.5eV。例如，n-摻雜的石墨烯層n-G的功函數(shù)可以是大約3.5eV至大約4.3eV。p-摻雜的石墨烯層p-G和n-摻雜的石墨烯層n-G的功函數(shù)之差可以是大約0.1eV至大約5eV，例如，大約0.3eV至大約3eV。摻雜的石墨烯層可以包括大約1層至大約10層(或從大約1層至大約100層)的石墨烯。換言之，摻雜的石墨烯層可以由單一的石墨烯層形成或包括單一的石墨烯層，或由大約10層或更少的石墨烯層(或大約100或更少的石墨烯層)的疊層形成或者包括該疊層。單石墨烯層可具有大約100Ω/sq的低的薄層電阻以及大約2.3％的低光吸收率。因而，石墨烯可以被用作具有低電阻的透明電極。

根據(jù)另一示例實施方式，第一電極E10或第二電極E20可以是由除摻雜的石墨烯以外的金屬性材料例如金屬、合金或?qū)щ娧趸镄纬傻膶?，或者包括除摻雜的石墨烯以外的金屬性材料例如金屬、合金或?qū)щ娧趸?。換言之，第一電極E10和第二電極E20的其中之一可以是用p型摻雜劑或n型摻雜劑摻雜的石墨烯層，第一電極E10和第二電極E20中的另一個可以是由金屬性材料形成的層或者包括金屬性材料。在該情形下，金屬性材料的功函數(shù)可以是例如大約3.5eV至大約6eV。摻雜的石墨烯層和金屬性材料層的功函數(shù)之差可以是大約0.1eV至大約5eV，例如，大約0.3eV至大約3eV。金屬性材料層和半導(dǎo)體有源層S10之間的能量勢壘可以是大約1.5eV或更小，也就是，大約0eV至大約1.5eV。

半導(dǎo)體有源層S10可以包括具有2D晶體結(jié)構(gòu)的2D半導(dǎo)體。2D半導(dǎo)體可以是金屬硫?qū)倩锘牧?。金屬硫?qū)倩锘牧峡梢园▉碜訫o、W、Nb、V、Ta、Ti、Zr、Hf、Tc和Re的過渡金屬以及來自S、Se和Te的硫?qū)僭?。在該情形下，金屬硫?qū)倩锘牧峡梢允沁^渡金屬二硫化物(TMDC)材料。TMDC材料可以表示為例如MX₂，其中M表示過渡金屬，而X表示硫?qū)僭?。M可以是例如Mo、W、Nb、V、Ta、Ti、Zr、Hf、Tc或Re，而X可以是S、Se或Te。TMDC材料可以是例如MoS₂、MoSe₂、MoTe₂、WS₂、WSe₂、WTe₂、ZrS₂、ZrSe₂、HfS₂、HfSe₂、NbSe₂或ReSe₂。金屬硫?qū)倩锘牧弦部梢圆槐槐硎緸镸X₂。例如，Cu(過渡金屬)和S(硫?qū)僭?的化合物可以表示為CuS，其是過渡金屬硫?qū)倩锊牧?。因為CuS可以是2D材料，所以CuS可以被用作金屬硫?qū)倩锘牧?。金屬硫?qū)倩锘牧峡梢允前ǚ沁^渡金屬的硫?qū)倩锘牧稀７沁^渡金屬可以是例如Ga、In、Sn、 Ge或Pb。換言之，非過渡金屬諸如Ga、In、Sn、Ge或Pb的非過渡金屬和諸如S、Se或Te的硫?qū)僭氐幕衔锟梢杂米鹘饘倭驅(qū)倩锘牧?。例如，包括非過渡金屬的硫?qū)倩锘牧峡梢允荢nSe₂、GaS、GaSe、GaTe、GeSe、In₂Se₃或InSnS₂。因此，金屬硫?qū)倩锘牧峡梢园▉碜訫o、W、Nb、V、Ta、Ti、Zr、Hf、Tc、Re、Cu、Ga、In、Sn、Ge和Pb的金屬元素以及來自S、Se和Te的硫?qū)僭?。然而，上述材?元素)僅是示例，可以應(yīng)用各種其它材料(元素)中的任一種。包括TMDC材料的金屬硫?qū)倩锘牧峡删哂惺荢i的光吸收率的大約100倍的光吸收率。因而，通過使用金屬硫?qū)倩锘牧希梢垣@得薄且高效的光電子器件。當半導(dǎo)體有源層S10包括2D半導(dǎo)體時，半導(dǎo)體有源層S10可以由單個2D半導(dǎo)體層形成或包括單個2D半導(dǎo)體層，或由每個均具有2D平面結(jié)構(gòu)的單層的疊層形成或包括該疊層。即使單層被重復(fù)地層疊，也可以保持2D材料的性能。在電結(jié)構(gòu)方面，2D材料可以被定義為其態(tài)密度(DOS)取決于量子阱行為的材料。而且在具有其中層疊多個2D單元材料層(大約100或更少層)的結(jié)構(gòu)的材料中，DOS可以取決于量子阱行為。因而，具有其中單層被重復(fù)地層疊的結(jié)構(gòu)的材料也可以被稱為“2D材料(2D半導(dǎo)體)”。

用于形成半導(dǎo)體有源層S10的材料不限于2D材料(2D半導(dǎo)體)，并且可以是任何其它半導(dǎo)體材料。例如，半導(dǎo)體有源層S10可以包括具有半導(dǎo)體特性的量子點(QD)。換言之，半導(dǎo)體有源層S10可以是包含QD的層或QD層。QD可具有高量子產(chǎn)率(quantum yield)和高穩(wěn)定性，其特性可以通過調(diào)整點尺寸而被容易地控制，并且溶液工藝對于形成QD是可能的。半導(dǎo)體有源層S10可以包括2D材料(2D半導(dǎo)體)和QD二者。根據(jù)另一示例實施方式，半導(dǎo)體有源層S10可以包括各種半導(dǎo)體材料諸如IV族基半導(dǎo)體諸如Si、Ge或SiGe，Ⅲ-Ⅴ族半導(dǎo)體，氧化物半導(dǎo)體，氮化物半導(dǎo)體和氮氧化物半導(dǎo)體中的至少一種。

半導(dǎo)體層S10可具有大約0.7nm至幾μm的厚度。當半導(dǎo)體有源層S10由2D材料的單層形成或包括2D材料的單層時，半導(dǎo)體有源層S10的厚度可以是大約0.7nm，這是相對薄的。如果半導(dǎo)體有源層S10由多個2D材料層形成或包括多個2D材料層，則半導(dǎo)體有源層S10的厚度可以是幾納米至幾十nm，或幾納米至幾百nm。當半導(dǎo)體有源層S10由普通的半導(dǎo)體材料而不是2D材料形成或包括普通的半導(dǎo)體材料而不是2D材料時，半導(dǎo)體有源 層S10的厚度可以是納米級或微米級。在該情形下，半導(dǎo)體有源層S10的厚度可以增加到1μm或更大。在一些情形下，半導(dǎo)體有源層S10可具有幾十μm或幾百μm的厚度。半導(dǎo)體有源層S10的能帶隙可以是大約0.3eV至大約3eV。然而，在一些情形下，半導(dǎo)體有源層S10的能帶隙可以是大約3eV或更大。

半導(dǎo)體有源層S10可以在第一和第二電極E10和E20之間具有期望的(或替代地，預(yù)定的)內(nèi)建電勢。例如，半導(dǎo)體有源層S10可具有大約0.1eV或更大的內(nèi)建電勢。在一個示例實施方式中，具有大致0.1eV或更大的內(nèi)建電勢的半導(dǎo)體有源層S10是增強的半導(dǎo)體有源層S10。內(nèi)建電勢可以是大約0.1eV至大約5eV，例如，大約0.3eV至大約3eV。半導(dǎo)體有源層S10的內(nèi)建電勢可以由于分別接觸半導(dǎo)體有源層S10的兩端的第一電極E10和第二電極E20之間的電不對稱性引起。例如，半導(dǎo)體有源層S10的接觸第一電極E10的一端的導(dǎo)帶能級和價帶能級可以通過第一電極E10而增加，并且半導(dǎo)體有源層S10的接觸第二電極E20的另一端的導(dǎo)帶能級和價帶能級可以通過第二電極E20而降低。因此，在半導(dǎo)體有源層S10的能帶結(jié)構(gòu)正在變化的同時，可以在半導(dǎo)體有源層S10的兩端之間產(chǎn)生大約0.1eV或更大或者大約0.3eV或更大的內(nèi)建電勢。此時，與半導(dǎo)體有源層S10的導(dǎo)帶相比較，第一電極E10的費米能級可以更靠近(更鄰近)半導(dǎo)體有源層S10的價帶，并且與半導(dǎo)體有源層S10的價帶相比，第二電極E20的費米能級可以更靠近(更鄰近)半導(dǎo)體有源層S10的導(dǎo)帶。隨后將參考圖4更詳細地描述半導(dǎo)體有源層S10的能帶結(jié)構(gòu)。

半導(dǎo)體有源層S10可以在第一和第二電極E10和E20之間具有期望的(或替代地，預(yù)定)內(nèi)建電場。例如，半導(dǎo)體有源層S10可具有大約0.3MV/cm或更大的內(nèi)建電場。內(nèi)建電場可以是大約0.3MV/cm至大約100MV/cm，例如，大約1MV/cm至大約70MV/cm。

由于具有上述內(nèi)建電勢和/或內(nèi)建電場的半導(dǎo)體有源層S10，根據(jù)至少一個示例實施方式的光電子器件可以表現(xiàn)出優(yōu)良的光導(dǎo)性質(zhì)而不用施加外電壓。換言之，通過光在半導(dǎo)體有源層S10中產(chǎn)生的電子和空穴可以通過內(nèi)建電勢/內(nèi)建電場容易地移動到第一和第二電極E10和E20。當沒有內(nèi)建電勢/內(nèi)建電場時，需要施加外電壓以移動電子和空穴。在該情形下，功耗增加，并且因此，器件/系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是復(fù)雜的。然而，根據(jù)示例實施方式，因為可以 在沒有施加外電壓的情況下確保優(yōu)良的光導(dǎo)性質(zhì)，所以可以實現(xiàn)消耗低功率且具有優(yōu)良的光電轉(zhuǎn)換效率的光電子器件。具體地，具有高性能的光電子器件可以通過使用2D導(dǎo)體諸如摻雜的石墨烯和/或2D半導(dǎo)體(或QD)諸如金屬硫?qū)倩锶菀椎貙崿F(xiàn)。

此外，如圖1和3所示，第一電極E10可以在第一方向(例如，負Y軸方向)從半導(dǎo)體有源層S10延伸，第二電極E20可以在與第一方向相反的第二方向(例如，Y軸方向)上從半導(dǎo)體有源層S10延伸。因而，當從頂部觀看時(見圖1)，根據(jù)至少一個示例實施方式的光電子器件可具有直線結(jié)構(gòu)或與其類似或相同的結(jié)構(gòu)。根據(jù)至少一個示例實施方式的光電子器件還可以包括接觸(或電連接到)第一電極E10的第一接觸電極CE10以及接觸(或電連接到)第二電極E20的第二接觸電極CE20。第一接觸電極CE10和第二接觸電極CE20可以在水平方向例如Y軸方向上彼此間隔開。第一接觸電極CE10和第二接觸電極CE20可以位于相同的水平(高度)上或在幾乎相同的水平(高度)上。半導(dǎo)體有源層S10可以位于第一接觸電極CE10和第二接觸電極CE20之間。第一電極E10可以被認為是將第一接觸電極CE10電連接至半導(dǎo)體有源層S10的第一區(qū)域(例如下表面)，第二電極E20可以被認為是將第二接觸電極CE20電連接至半導(dǎo)體有源層S10的第二區(qū)域(例如上表面)。在圖2中包括第一電極E10、半導(dǎo)體有源層S10和第二電極E20的層疊結(jié)構(gòu)在X軸方向上的寬度或在圖3中半導(dǎo)體有源層S10在Y軸方向上的寬度可以是例如幾nm至幾百μm。

可應(yīng)用到第一電極E10或第二電極E20的p摻雜的石墨烯層或n摻雜的石墨烯層可以是經(jīng)由等離子體摻雜而摻雜的層或經(jīng)由化學(xué)摻雜而摻雜的層。石墨烯層可以經(jīng)由等離子體處理被p摻雜或n摻雜，或者通過用包括摻雜劑的溶液處理而被p摻雜或n摻雜。在使用等離子體處理的情形下，n摻雜的石墨烯可以通過利用例如N等離子體而用氮(N)代替石墨烯中的一些碳(C)而獲得。在使用化學(xué)摻雜時，可以使用例如AuCl₃、FeCl₃、9,10-二溴并三苯(An-Br)、或1,3,6,8-芘四磺酸四鈉鹽(TPA)作為p型摻雜劑的源以實現(xiàn)p摻雜。此外，可以使用重氮鹽作為p型摻雜劑的源，并且重氮鹽可以包括例如4-溴硼酸重氮苯四氟硼酸鹽(4-Bromobenzene diazonium tetrafluoroborate，4-BBDT)。AuCl₃中的Au可以用作p型摻雜劑，重氮鹽中的溴族可以用作p型摻雜劑。p型摻雜劑的源可以是離子液體諸如NO₂BF₄、NOBF₄或NO₂SbF₆， 酸性化合物諸如HCl、H₂PO₄、CH₃COOH、H₂SO₄或HNO₃，或有機化合物諸如二氯二氰苯醌(DDQ)、過硫酸氫鉀制劑、二肉豆蔻酰磷脂酰肌醇(dimyristoylphosphatidylinositol，DMPI)或三氟甲烷磺酰亞胺。備選地，p型摻雜劑的源可以是HPtCl₄、HAuCl₄、三氟甲烷磺酸銀(AgOTf)、AgNO₃、H₂PdCl₆、Pd(OAc)₂、Cu(CN)₂等。對于經(jīng)由化學(xué)摻雜的n摻雜，可以使用例如“具有電子施主基團的芳香族分子”或氟化銨作為n型摻雜劑的源。這里，“具有電子施主基團的芳香族分子”可以是例如9,10-二甲基蒽(An-CH₃)或1,5-萘二胺(Na-NH₂)。n型摻雜劑的源可以是包括煙酰胺的化合物、取代或未取代的煙酰胺的還原產(chǎn)物、與取代或未取代的煙酰胺化學(xué)結(jié)合的化合物的還原產(chǎn)物、或包括至少兩個吡啶基團的化合物，其中吡啶基團中的至少一個的氮原子減少。例如，n型摻雜劑的源可以包括煙酰胺單核苷酸(NMN)、煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD)、煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADP)、煙酰胺單核苷酸-H(NMNH)、煙酰胺腺嘌呤二核苷酸-H(NADH)或煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸-H(NADPH)或者可以包括紫精。紫精可以包括例如1,1'二芐基-4,4'-雙吡啶二氯化物、甲基紫精二氯水合物(methyl viologen dichloride hydrate)、乙基紫精二高氯酸鹽、1,1'雙十八烷-4,4'-雙吡啶二溴化物和二辛基雙(4-吡啶基)聯(lián)苯紫精中的至少之一。紫精還可以包括能夠在兩個吡啶結(jié)構(gòu)之間接合的分子結(jié)構(gòu)。在該情形下，分子結(jié)構(gòu)可以包括芳香基、鏈烯基、炔基等。備選地，n型摻雜劑的源可以包括聚合物，諸如聚乙烯亞胺(PEI)。紫精中的氮原子可以用作n型摻雜劑，PEI中的胺基可以用作n型摻雜劑。備選地，n型摻雜劑可以包括堿金屬，諸如K或Li。然而，上述p型摻雜劑和n型摻雜劑的材料(源)僅是示例，可以使用各種其他材料中的任一種。

根據(jù)至少一個示例實施方式的光電子器件可以是光伏器件或光電探測器。光電探測器可以是能夠在沒有施加外電壓的情況下表現(xiàn)出光導(dǎo)特性的自供電光電探測器。光伏器件可以是例如太陽能電池。由于半導(dǎo)體有源層S10具有內(nèi)建電勢并且第一和第二電極E10和E20以及半導(dǎo)體有源層S10中的至少一個包括2D材料，所以光伏器件可具有優(yōu)良的光伏性能。根據(jù)至少一個示例實施方式的光電子器件可以不僅可應(yīng)用于光接收器件，諸如光電探測器和光伏器件，而且在一些情形下也可以應(yīng)用于發(fā)光器件。

圖4是當光電子器件處于平衡狀態(tài)時圖1-3的光電子器件的能帶圖。平 衡狀態(tài)可以是沒有電壓被施加到第一和第二電極E10和E20的狀態(tài)。在平衡狀態(tài)中，如圖4所示，第一和第二電極E10和E20的費米能級E_F基本上彼此相同。在圖4中，參考符號E_V和E_C分別表示價帶最高能級和導(dǎo)帶最低能級，并且E_VAC表示真空能級。這些標記也應(yīng)用于圖5-8和圖27。

參考圖4，第一電極E10可以是用p型摻雜劑摻雜的石墨烯層(即，p摻雜的石墨烯層)，第二電極E20可以是用n型摻雜劑摻雜的石墨烯層(即，n摻雜的石墨烯層)。在該情形下，p摻雜的石墨烯層的狄拉克點可以高于費米能級E_F，n摻雜的石墨烯層的狄拉克點可以低于費米能級E_F。因為第一電極E10和第二電極E20用相反類型的摻雜劑摻雜，所以在第一電極E10和第二電極E20之間存在的半導(dǎo)體有源層S10的能帶可具有如圖4所示的傾斜結(jié)構(gòu)。換言之，半導(dǎo)體有源層S10在第一電極E10側(cè)的價帶最高能級E_V和導(dǎo)帶最低能級E_V可以升高，并且半導(dǎo)體有源層S10在第二電極E20側(cè)的價帶最高能級E_V和導(dǎo)帶最低能級E_C可以降低。因此，與半導(dǎo)體有源層S10的導(dǎo)帶最低能級E_C相比，第一電極(p摻雜的石墨烯層)E10的費米能級E_F可以更靠近(更鄰近)半導(dǎo)體有源層S10的價帶最高能級E_V，并且與半導(dǎo)體有源層S10的價帶最高能級E_V相比，第二電極(n摻雜的石墨烯層)E20的費米能級E_F可以更靠近(更鄰近)半導(dǎo)體有源層S10的導(dǎo)帶最低能級E_C。因而，半導(dǎo)體有源層S10可具有大約0.1eV或者更大或大約0.3eV或更大的內(nèi)建電勢。例如，半導(dǎo)體有源層S10可具有大約0.3MV/cm或更大或者大約1MV/cm或更大的內(nèi)建電場。因而，通過光在半導(dǎo)體有源層S10中產(chǎn)生的電子‘e’和空穴‘h’可以通過內(nèi)建電勢和/或內(nèi)建電場而分離并移動到第一和第二電極E10和E20。這可以意味著在沒有施加外電壓的情況下引起光導(dǎo)特性。換言之，光導(dǎo)特性可以通過內(nèi)建電勢和/或內(nèi)建電場提高，并且半導(dǎo)體有源層S10內(nèi)的電子‘e’和空穴‘h’彼此分離的效率可以提高。

圖5是當光電子器件處于平衡狀態(tài)時根據(jù)比較示例的光電子器件的能帶圖。根據(jù)比較示例的光電子器件與圖4的光電子器件類似或相同，除了未摻雜的石墨烯層被用作第一和第二電極E1和E2之外。為了說明的方便，圖5沒有示出真空能級。

參考圖5，當未摻雜的石墨烯層用作第一和第二電極E1和E2時，半導(dǎo)體有源層S1沒有或具有很小的內(nèi)建電勢。因而，光導(dǎo)特性會很難出現(xiàn)，并且光電效率會非常低。因此，在該情形下，如圖6所示，需要在第一和第二 電極E1和E2之間施加期望的(或備選地，預(yù)定的)外電壓。

圖6是當外電壓被施加到根據(jù)圖5的比較示例的光電子器件時從圖5改變的能帶圖。換言之，圖6是當期望的(或備選地，預(yù)定的)負電壓(-V)已經(jīng)被施加到根據(jù)圖5的比較示例的光電子器件的第一電極E1以及期望的(或備選地，預(yù)定的)正電壓(+V)已經(jīng)被施加到根據(jù)圖5的比較示例的光電子器件的第二電極E2時的能帶圖。

參考圖6，半導(dǎo)體有源層S1的能帶結(jié)構(gòu)由于施加在第一電極E1和第二電極E2之間的外電壓而傾斜，因此，可以出現(xiàn)光導(dǎo)特性。然而，在該情形下，因為需要施加外電壓，所以功耗增加并且器件/系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是復(fù)雜的。

然而，根據(jù)示例實施方式，如以上參考圖4描述的，可以在沒有施加外電壓的情況下獲得優(yōu)良的光導(dǎo)特性和高的光電轉(zhuǎn)換效率。因而，可以實現(xiàn)能夠在低功率或零偏壓狀態(tài)下運行的高性能光電子器件。

在圖4中，p摻雜的石墨烯層用作第一電極E10并且n摻雜的石墨烯層用作第二電極E20。然而，根據(jù)另一示例實施方式，第一和第二電極E10和E20中的其中之一可以由金屬性材料形成或包括金屬性材料。以下將參考圖7至8描述該示例實施方式。

圖7是當光電子器件處于平衡狀態(tài)時根據(jù)另一示例實施方式的光電子器件的能帶圖。圖7示出其中p摻雜的石墨烯層用作第一電極E10并且金屬性材料層用作第二電極E21的情形。

參考圖7，當p摻雜的石墨烯層用作第一電極E10并且金屬性材料層用作第二電極E21時，第二電極E21的金屬性材料層可具有比第一電極E10的p摻雜的石墨烯層小的功函數(shù)。p摻雜的石墨烯層與金屬性材料層的功函數(shù)之差可以是大約0.1eV至大約5eV。備選地，功函數(shù)差可以是大約0.3eV至大約3eV。內(nèi)建電勢和內(nèi)建電場可以在插置在第一電極E10和第二電極E21之間的半導(dǎo)體有源層S10內(nèi)產(chǎn)生。內(nèi)建電勢和內(nèi)建電場可以與以上參考圖4描述的那些類似或相同。

圖8是當光電子器件處于平衡狀態(tài)時根據(jù)另一示例實施方式的光電子器件的能帶圖。圖8示出其中金屬性材料層用作第一電極E11并且n摻雜的石墨烯層用作第二電極E20的情形。

參考圖8，當金屬性材料層用作第一電極E11并且n摻雜的石墨烯層用作第二電極E20時，第一電極E11的金屬性材料層可具有比第二電極E20 的n摻雜的石墨烯層大的功函數(shù)。n摻雜的石墨烯層與金屬性材料層的功函數(shù)之差可以是大約0.1eV至大約5eV。備選地，功函數(shù)差可以是大約0.3eV至大約3eV。內(nèi)建電勢和內(nèi)建電場可以在插置在第一電極E11和第二電極E20之間的半導(dǎo)體有源層S10內(nèi)產(chǎn)生。內(nèi)建電勢和內(nèi)建電場可以與以上參考圖4描述的那些類似或相同。

根據(jù)示例實施方式，半導(dǎo)體有源層S10的鄰近于第一電極E10或E11的第一區(qū)域(包括第一端的區(qū)域)和半導(dǎo)體有源層S10的鄰近于第二電極E20或E21的第二區(qū)域(包括第二端的區(qū)域)中的至少一個可以是摻雜區(qū)域。以下將參考圖9-12描述這些示例實施方式。

圖9是可應(yīng)用到根據(jù)另一示例實施方式的光電子器件的半導(dǎo)體有源層S10a的截面圖。

參考圖9，半導(dǎo)體有源層S10a可以包括第一摻雜區(qū)域d10和第二摻雜區(qū)域d20。第一和第二摻雜區(qū)域d10和d20可以是用相反類型的摻雜劑摻雜的區(qū)域。第一摻雜區(qū)域d10可以是鄰近(或接觸)第一電極(未示出)(例如，圖3的第一電極E10)的區(qū)域，第二摻雜區(qū)域d20可以是鄰近(或接觸)第二電極(未示出)(例如，圖3的第二電極E20)的區(qū)域。當?shù)谝浑姌O用第一類型的摻雜劑摻雜時，鄰近第一電極的第一摻雜區(qū)域d10也可以用第一類型的摻雜劑摻雜。當?shù)诙姌O用第二類型的摻雜劑摻雜時，鄰近第二電極的第二摻雜區(qū)域d20也可以用第二類型的摻雜劑摻雜。例如，第一摻雜區(qū)域d10可以是用p型摻雜劑摻雜的區(qū)域，第二摻雜區(qū)域d20可以是用n型摻雜劑摻雜的區(qū)域。然而，第一和第二摻雜區(qū)域d10和d20的雜質(zhì)類型(p/n)可以交換位置。第一和第二摻雜區(qū)域d10和d20中的每一個可具有幾nm或更大的厚度。未摻雜的區(qū)域可以存在于第一摻雜區(qū)域d10和第二摻雜區(qū)域d20之間。

在圖9的示例實施方式中，第一摻雜區(qū)域d10和第二摻雜區(qū)域d20彼此間隔開。然而，根據(jù)另一示例實施方式，它們可以至少部分地彼此接觸。該示例實施方式在圖10中示出。參考圖10，半導(dǎo)體有源層S10b可以包括第一摻雜區(qū)域d11和第二摻雜區(qū)域d22，第一摻雜區(qū)域d11和第二摻雜區(qū)域d22可以彼此接觸。

在圖9或10的示例實施方式中，可以不包括第一摻雜區(qū)域d10或d11以及第二摻雜區(qū)域d20或d22中的任一個。換言之，第一摻雜區(qū)域d10或d11以及第二摻雜區(qū)域d20或d22中的其中之一可以沒有被摻雜并且保持未摻雜 的狀態(tài)。例如，如圖11所示，半導(dǎo)體有源層S10c可具有形成在其一端(下表面)上的僅一個摻雜區(qū)域d10。備選地，如圖12所示，半導(dǎo)體有源層S10d可具有形成在其另一端(上表面)上的僅一個摻雜區(qū)域d20。當?shù)谝缓偷诙姌O(未示出)中的其中之一是摻雜的石墨烯層并且另一個是金屬性材料層時，在第一和第二電極之間包括的半導(dǎo)體有源層可具有與圖11或12的結(jié)構(gòu)相同的結(jié)構(gòu)。例如，圖11的半導(dǎo)體有源層S10c可以應(yīng)用于圖7的光電子器件的半導(dǎo)體有源層S10，圖12的半導(dǎo)體有源層S10d可以應(yīng)用于圖8的光電子器件的半導(dǎo)體有源層S10。然而，即使金屬性材料層被應(yīng)用于第一和第二電極(未示出)中的其中之一，也可以使用圖9和10的半導(dǎo)體有源層S10a和S10b。

當至少一個摻雜區(qū)域d10、d11、d20和/或d22被包括于如圖9-12所示的半導(dǎo)體有源層S10a-S10d中時，半導(dǎo)體有源層S10a-S10d的內(nèi)建電勢和內(nèi)建電場可以通過摻雜區(qū)域d10、d11、d20和/或d22而增加。具體地，當半導(dǎo)體有源層的與第一電極接觸的一端用與第一電極的摻雜劑類型相同類型的摻雜劑摻雜并且與第二電極接觸的其另一端用與第二電極的摻雜劑類型相同類型的摻雜劑摻雜時，內(nèi)建電勢和內(nèi)建電場的增強可以被進一步提高。

此外，圖9-12的摻雜區(qū)域d10、d11、d20和d22可以通過例如等離子體摻雜或化學(xué)摻雜形成。例如，半導(dǎo)體層的至少一部分可以通過將半導(dǎo)體層的至少所述部分浸在包含Cl₂或Cl的溶液中而用n型摻雜劑摻雜。備選地，半導(dǎo)體層的至少一部分可以通過用包含NOx的溶液處理半導(dǎo)體層的至少所述部分而用p型摻雜劑摻雜。該過程可以被稱為NOx化學(xué)吸附，并且可以在例如大約150℃進行。在使用化學(xué)摻雜時，p型摻雜劑和n型摻雜劑的材料(源)可以與用于摻雜石墨烯層的p型摻雜劑和n型摻雜劑的材料(源)相同或類似。在一些情形下，摻雜區(qū)域d10、d11、d20和d22可以通過離子注入形成。

圖13是根據(jù)另一示例實施方式的可應(yīng)用到光電子器件的半導(dǎo)體有源層的QD層QDL1的截面圖。

參考圖13，QD層QDL1可以包括多個量子點QD。所述多個量子點QD可以形成單層或多層結(jié)構(gòu)。每個量子點QD可具有芯部分c1和殼部分s1，并且殼部分s1可具有單殼結(jié)構(gòu)或雙殼結(jié)構(gòu)。芯部分c1可以由例如CdSe、InP、PbS、PbSe或CdTe形成，或者包括例如CdSe、InP、PbS、PbSe或CdTe， 殼部分s1可以由例如CdS或ZnS形成，或包括例如CdS或ZnS。具有該結(jié)構(gòu)的每個量子點QD可具有大約10nm或更小的直徑。有機配位體a1可以存在于每個量子點QD的表面上。有機配位體a1可以是例如油酸、三辛基膦(trioctylphosphine)、三辛胺或三辛基氧化膦(trioctylphosphine oxide)。在一些情形下，有機配位體a1可以被去除。量子點QD可以是膠狀量子點。圖13中示出的QD層QDL1的結(jié)構(gòu)僅是示例，其具體材料和具體結(jié)構(gòu)可以改變。

可以對以上參考圖1-3描述的光電子器件的結(jié)構(gòu)進行各種變形?，F(xiàn)在將參考圖14-18詳細描述光電子器件的各種變形結(jié)構(gòu)。

圖14是根據(jù)另一示例實施方式的光電子器件的截面圖。

參考圖14，光電子器件具有與圖3中示出的結(jié)構(gòu)類似或相同的結(jié)構(gòu)，并且還可以包括插置在基板SUB12和第二電極E22之間的絕緣層N12。絕緣層N12可具有與半導(dǎo)體有源層S12的高度相同或類似的高度。第二電極E22可以形成在半導(dǎo)體有源層S12和絕緣層N12上。因而，第二電極E22可具有平坦或接近平坦的結(jié)構(gòu)。絕緣層N12可以用作支撐第二電極E22的支撐體。形成在第一電極E12上的第一接觸電極CE12和形成在第二電極E22上的第二接觸電極CE22可以在不同的高度處。第一接觸電極CE12和第二接觸電極CE22可以在水平方向上彼此間隔開，并且可以在豎直方向上彼此不交疊。

圖15是根據(jù)另一示例實施方式的光電子器件的截面圖。

參考圖15，第一電極E13可以形成在基板SUB13上，并且絕緣層N13可以形成在基板SUB13上從而覆蓋第一電極E13。半導(dǎo)體有源層S13可以形成在絕緣層N13內(nèi)并且與第一電極E13接觸。第一電極E13的一部分經(jīng)由其暴露的孔可以形成在絕緣層N13內(nèi)，并且半導(dǎo)體有源層S13可以形成在該孔內(nèi)。半導(dǎo)體有源層S13的上表面和絕緣層N13的上表面可具有相等的、相同的或類似的高度。第二電極E23可以形成在絕緣層N13上并且與半導(dǎo)體有源層S13接觸。電連接到(接觸)第一電極E13的第一接觸電極CE13可以形成在絕緣層N13上，并且可以形成接觸第二電極E20的第二接觸電極CE23。

圖16是根據(jù)另一示例實施方式的光電子器件的截面圖。

參考圖16，基板SUB14、第一電極E14、半導(dǎo)體有源層S14、第一絕緣 層N14和第二電極E24可以分別對應(yīng)于圖15的基板SUB13、第一電極E13、半導(dǎo)體有源層S13、絕緣層N13和第二電極E23。根據(jù)示例實施方式，可以進一步包括形成在第一絕緣層N14上從而覆蓋第二電極E24的第二絕緣層N24。電連接到(接觸)第一電極E14的第一接觸電極CE14可以形成在第二絕緣層N24上，并且電連接到(接觸)第二電極E20的第二接觸電極CE23可以形成在第二絕緣層N24上。在該情形下，第一接觸電極CE14和第二接觸電極CE24可以位于相同高度或幾乎相同的高度處。

圖17是根據(jù)另一示例實施方式的光電子器件的截面圖。

參考圖17，第一電極E15、半導(dǎo)體有源層S15和第二電極E25可以形成在基板SUB15上。圖17的第一電極E15、半導(dǎo)體有源層S15和第二電極E25可以分別與圖3的第一電極E10、半導(dǎo)體有源層S10和第二電極E20相同或類似。根據(jù)示例實施方式，覆蓋第一電極E15、半導(dǎo)體有源層S15和第二電極E25的絕緣層N15可以形成在基板SUB15上。絕緣層N15可以用作保護第一電極E15、第二電極E25和半導(dǎo)體有源層S15的鈍化層。電連接到(接觸)第一電極E15的第一接觸電極CE15可以形成在絕緣層N15上，并且電連接到(接觸)第二電極E25的第二接觸電極CE25可以形成在絕緣層N15上。

圖18是根據(jù)另一示例實施方式的光電子器件的截面圖。

參考圖18，光電子器件還可以包括形成在圖3的結(jié)構(gòu)上的鈍化層P16。基板SUB16、第一電極E16、半導(dǎo)體有源層S16、第二電極E26、第一接觸電極CE16和第二接觸電極CE26可以分別對應(yīng)于圖3的基板SUB10、第一電極E10、半導(dǎo)體有源層S10、第二電極E20、第一接觸電極CE10和第二接觸電極CE20。鈍化層P16可以形成在基板SUB16上從而覆蓋組件SUB16、E16、S16、E26、CE16和CE26。具體地，鈍化層P16可以保護應(yīng)用于第一和第二電極E16和E26中的至少一個的摻雜的石墨烯層，并且減少或基本上防止摻雜的石墨烯層的劣化(退化)。鈍化層P16可以包括電介質(zhì)(絕緣體)諸如SiO₂、SiNx、Al₂O₃、HfOx或ZrOx，或由其形成，或者可以包括2D絕緣體諸如六方晶系氮化硼(h-BN)，或由其形成。鈍化層P16可以通過利用各種方法諸如化學(xué)氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)和原子層沉積(ALD)中的任一種形成。圖18的鈍化層P16可以應(yīng)用于圖14-17的光電子器件。

根據(jù)圖1-3的示例實施方式和圖14-18的示例實施方式，第一接觸電極CE10和CE12-CE16分別在水平方向上與第二接觸電極CE20和CE22-CE26間隔開，因此分別不交疊第二接觸電極CE20和CE22-CE26。然而，根據(jù)另一示例實施方式，第一接觸電極和第二接觸電極可以在豎直方向上彼此間隔開并且可以在豎直方向上彼此交疊。該示例實施方式在圖19中示出。

圖19是根據(jù)另一示例實施方式的光電子器件的截面圖。

參考圖19，第一接觸電極CE17可以形成在基板SUB17上，并且可以形成在豎直方向上與第一接觸電極CE17間隔開的第二接觸電極CE27。半導(dǎo)體有源層S17可以插置在第一接觸電極CE17和第二接觸電極CE27之間。第一電極E17可以插置在第一接觸電極CE17和半導(dǎo)體有源層S17之間，第二電極E27可以插置在第二接觸電極CE27和半導(dǎo)體有源層S17之間?；錝UB17、第一電極E17、第二電極E27、半導(dǎo)體有源層S17、第一接觸電極CE17和第二接觸電極CE27的各自的材料和性能可以分別與圖1-3的基板SUB10、第一電極E10、第二電極E20、半導(dǎo)體有源層S10、第一接觸電極CE10和第二接觸電極CE20的材料和性能相同或類似。第一接觸電極CE17的上表面的一部分可以由于沒有被第一電極E17、半導(dǎo)體有源層S17和第二電極E27完全覆蓋而暴露。第一電極E17、半導(dǎo)體有源層S17和第二電極E27可以被圖案化以具有相同的寬度或類似的寬度。第二接觸電極CE27可以形成為具有比第二電極E27小的尺寸(寬度)或具有與第二電極E27相同的尺寸(寬度)。圖19的結(jié)構(gòu)僅是示例，可以對圖19的結(jié)構(gòu)進行各種變形。例如，第一接觸電極CE17、第一電極E17、半導(dǎo)體有源層S17、第二電極E27和第二接觸電極CE27可具有相同的尺寸(寬度)或類似的尺寸(寬度)。在一些情形下，可以不包括基板SUB17。也可以對圖19的結(jié)構(gòu)進行各種其它變化。

根據(jù)另一示例實施方式，以上參考圖1-4和圖7-19描述的光電子器件還可以包括第三電極，也就是，柵電極，用于施加電場到半導(dǎo)體有源層S10、S10a-S10d和S12-S17。通過利用柵電極施加期望的(或備選地，預(yù)定的)電場到半導(dǎo)體有源層S10、S10a-S10d和S12-S17，可以控制半導(dǎo)體有源層S10、S10a-S10d和S12-S17的特性，并因此可以控制光電子器件的特性。

根據(jù)圖1的示例實施方式，光電子器件的單位單元具有整體直線結(jié)構(gòu)。然而，當從頂部觀看時，根據(jù)另一示例實施方式的光電子器件的單位單元可 具有各種結(jié)構(gòu)，諸如彎曲(彎的)結(jié)構(gòu)或十字形(crisscross)結(jié)構(gòu)。該示例實施方式在圖20和21中示出。

圖20是顯示根據(jù)另一示例實施方式的光電子器件的平面結(jié)構(gòu)的平面圖。圖20的結(jié)構(gòu)是圖1的結(jié)構(gòu)的變形。

參考圖20，第一電極E18可以在第一方向(例如，負Y軸方向)上從半導(dǎo)體有源層S18延伸，第二電極E28可以在垂直于第一方向的第二方向(例如，X軸方向)上從半導(dǎo)體有源層S18延伸。第一接觸電極CE18可以形成在第一電極E18的一端上，第二接觸電極CE28可以形成在第二電極E28的一端上。因而，當從頂部觀看時，根據(jù)示例實施方式的光電子器件可具有彎曲結(jié)構(gòu)。雖然在一示例實施方式中第一電極E18和第二電極E28形成90°的角度，但是兩個電極E18和E28可以設(shè)置為形成除90°以外的角度(銳角或鈍角)。

圖21是顯示根據(jù)另一示例實施方式的光電子器件的平面結(jié)構(gòu)的平面圖。圖21的結(jié)構(gòu)是圖20的結(jié)構(gòu)的變形。

參考圖21，根據(jù)示例實施方式的光電子器件可具有十字形結(jié)構(gòu)。換言之，根據(jù)示例實施方式的光電子器件可具有交叉點結(jié)構(gòu)。更詳細地，第一電極E19和第二電極E29可以設(shè)置為彼此交叉，例如，以直角彼此交叉，并且半導(dǎo)體有源層E19可以形成在這兩個電極E19和E29之間的交叉點上。第一接觸電極CE19可以形成在第一電極E19的一端上，第二接觸電極CE29可以形成在第二電極E29的一端上。

如圖1、20或21所示的光電子器件可以組成一個單位單元，并且可以布置多個這樣的單位單元。所述多個單位單元可以通過至少一個公共電極彼此連接。利用公共電極的示例在圖22中示出。

圖22是根據(jù)另一示例實施方式的光電子器件的平面圖。

參考圖22，可以布置多個單位單元UC1。例如，所述多個單位單元UC1可以在期望的(或備選地，預(yù)定的)方向(例如，X軸方向)上以規(guī)則間距彼此間隔開。每個單位單元UC1可以包括第一電極E10、第二電極E20以及插置在其間的半導(dǎo)體有源層S10。每個單位單元UC1的結(jié)構(gòu)可以與圖1的結(jié)構(gòu)相同或類似。多個第一接觸電極CE10可以分別連接到所述多個單位單元UC1的第一端。第二接觸電極CE200可以共同地連接到所述多個單位單元UC1的第二端。第二接觸電極CE200可以被認為是由所述多個單位單 元UC1共用的公共電極。

當圖22的結(jié)構(gòu)中的每個單位單元UC1被用作光電探測器時，多個半導(dǎo)體有源層S10可以吸收并檢測不同波長的光束。在該情形下，每個半導(dǎo)體有源層S10可以被認為是一種像素。因而，圖22的結(jié)構(gòu)可以被認為是其中多個像素由公共電極(即，第二接觸電極CE200)限制的結(jié)構(gòu)。在使用如圖22所示的結(jié)構(gòu)時，可以分別檢測不同波長的光束，與所檢測的光束相應(yīng)的信息可以用于實現(xiàn)與該信息相應(yīng)的圖像。圖22的陣列結(jié)構(gòu)僅是示例，可以對圖22的陣列結(jié)構(gòu)進行各種變形。例如，可以通過利用圖20或21的結(jié)構(gòu)作為單元結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)各種陣列結(jié)構(gòu)，并且可以使用獨立的電極而不是一個公共電極。

圖23是根據(jù)示例實施方式的光電子器件的光學(xué)顯微鏡圖像。圖23的光電子器件具有下石墨烯層G_B、WSe₂層和上石墨烯層G_T的層疊結(jié)構(gòu)，并且具有與圖21的光電子器件的平面結(jié)構(gòu)類似或相同的平面結(jié)構(gòu)。下石墨烯層G_B是用p型摻雜劑摻雜的層，并且WSe₂層是2D半導(dǎo)體層。

圖24是曲線圖，顯示了評估圖23的光電子器件的柵極電壓-漏極電流(Vg-Id)特性的結(jié)果。為了進行該評估，柵電極設(shè)置在圖23的光電子器件的下石墨烯層G_B下面，下石墨烯層G_B用作漏電極，并且上石墨烯層G_T用作源電極。

參考圖24，漏極電流Id的最小值點位于曲線中電壓大于0V處，也就是，在正電壓處。該結(jié)果表示下石墨烯層G_B是p摻雜的。

圖25是曲線圖，顯示了評估圖23的光電子器件的漏極電壓-漏極電流(Vd-Id)特性的結(jié)果。為了進行該評估，下石墨烯層G_B用作漏電極，并且上石墨烯層G_T用作源電極。柵極電壓Vg是0V。

參考圖25，電流-電壓(IV)曲線關(guān)于曲線中漏極電壓Vd是大約0Vd的位置水平地不對稱。例如，在漏極電壓Vd是-1V時，漏極電流Id是大約10^-10A，并且在漏極電壓Vd是+1V時，漏極電流Id是大約10^-7A。在漏極電壓Vd是-1V時和漏極電壓Vd是+1V時的漏極電流Id之差大于大約10³A。該水平不對稱性表示內(nèi)建電勢已經(jīng)形成在下石墨烯層G_B和上石墨烯層G_T之間的半導(dǎo)體層(即，WSe₂層)中。

圖26顯示了評估根據(jù)示例實施方式的光電子器件的光導(dǎo)特性的結(jié)果。圖26的左圖示意性地顯示了評估光電子器件的方法，其右圖顯示了該評估 的結(jié)果。圖26的光電子器件(左圖)與圖23的光電子器件相同。當沒有電壓被施加到光電子器件的第一和第二電極(即，上石墨烯層G_B和下石墨烯層G_T)，也就是，處于零偏壓狀態(tài)時，在通過利用光源輻照光至半導(dǎo)體層(即，WSe₂層)的有源區(qū)R1時測量所產(chǎn)生的電流的量。如圖26的右圖所顯示的圖像可以經(jīng)由光電流繪圖獲得。由光源產(chǎn)生的光的波長是641nm，光源的功率是3.1μW/μm²。圖26的左圖中的參考符號A表示安培表。

參考圖26的右圖，在與半導(dǎo)體層(即，WSe₂層)的有源區(qū)R1相應(yīng)的區(qū)域中產(chǎn)生相對大量的電流。當由該結(jié)果計算光響應(yīng)度(即，233nA/3.1μW)時，光響應(yīng)度是大約75mA/W。參考圖26的計算結(jié)果，根據(jù)示例實施方式的光電子器件即使在沒有施加外電壓的零偏壓狀態(tài)下也表現(xiàn)出光導(dǎo)特性。

根據(jù)示例實施方式的構(gòu)思不僅可應(yīng)用于光電子器件而且可應(yīng)用于其它半導(dǎo)體器件諸如晶體管。因為晶體管能夠使用三個電極(即，源電極、漏電極和柵電極)，所以晶體管可以被稱為3端子器件。因而，根據(jù)示例實施方式的晶體管可具有其中第三電極(即，柵電極)被增加至圖3和圖14-19的結(jié)構(gòu)中的其中之一的結(jié)構(gòu)。

圖27是根據(jù)示例實施方式的晶體管的截面圖。

參考圖27，與圖3的結(jié)構(gòu)類似或相同，可以包括第一電極E50、第二電極E60、半導(dǎo)體層S50、第一接觸電極CE50和第二接觸電極CE60。第一電極E50、第二電極E60、半導(dǎo)體層S50、第一接觸電極CE50和第二接觸電極CE60可以分別與圖3的第一電極E10、第二電極E20、半導(dǎo)體有源層S10、第一接觸電極CE10和第二接觸電極CE20相同或類似。根據(jù)圖3的示例實施方式，半導(dǎo)體有源層S10可以用作光敏層。根據(jù)示例實施方式(圖27)，半導(dǎo)體層S50可以用作溝道層。根據(jù)示例實施方式的晶體管還可以包括用于施加電場到半導(dǎo)體層S50的柵電極G50。柵電極G50可以由2D導(dǎo)體諸如石墨烯形成，或者包括2D導(dǎo)體諸如石墨烯，或者由除2D導(dǎo)體以外的一般導(dǎo)體形成。柵電極G50可以是透明的或可以不是透明的。柵絕緣層GI50可以形成在半導(dǎo)體層S50和柵電極G50之間。柵絕緣層GI50可以由2D絕緣體諸如h-BN形成或包括2D絕緣體諸如h-BN，或由除2D絕緣體以外的一般絕緣體形成。柵絕緣層GI50可以形成在柵電極G50上，第一電極E50、第二電極E60、半導(dǎo)體層S50、第一接觸電極CE50和第二接觸電極CE60可以形成在柵絕緣層GI50上。第一和第二電極E50和E60中的其中之一可以是 源電極，另一個可以是漏電極。因此，第一和第二接觸電極CE50和CE60中的其中之一可以是源極接觸電極，另一個可以是漏極接觸電極。例如，第一電極E50和第一接觸電極CE50可以分別是漏電極和漏極接觸電極，第二電極E60和第二接觸電極CE60可以分別是源電極和源極接觸電極。源電極和漏電極的作用可以轉(zhuǎn)變。

在圖27的結(jié)構(gòu)中，第一和第二電極E50和E60中的至少一個可以包括摻雜的石墨烯層。例如，第一電極E10和第二電極E20中的其中之一可以包括用p型摻雜劑摻雜的石墨烯層，另一個可以包括用n型摻雜劑摻雜的石墨烯層。備選地，第一電極E10和第二電極E20中的其中之一可以包括用p型摻雜劑或n型摻雜劑摻雜的石墨烯層，第一電極E10和第二電極E20中的另一個可以包括金屬性材料層。在該情形下，摻雜的石墨烯層和金屬性材料層的功函數(shù)之差可以是例如大約0.1eV至大約5eV或大約0.3eV至大約3eV。

半導(dǎo)體層S50可以包括2D半導(dǎo)體和/或量子點。2D半導(dǎo)體和量子點的詳細情況可以與以上描述的相同，因而將省略其重復(fù)描述。在一些情形下，半導(dǎo)體層S50可以包括各種半導(dǎo)體材料諸如包含Si、Ge或SiGe的IV族基半導(dǎo)體，III-IV族半導(dǎo)體，氧化物半導(dǎo)體，氮化物半導(dǎo)體和氮氧化物半導(dǎo)體中的至少一種。半導(dǎo)體層S50可具有大約0.1eV或更大的內(nèi)建電勢，或大約0.3eV或更大的內(nèi)建電勢。內(nèi)建電勢可以是大約0.1eV至大約5eV，例如，大約0.3eV至大約3eV。半導(dǎo)體層S50可具有大約0.3MV/cm或更大或者大約1MV/cm或更大的內(nèi)建電場。內(nèi)建電場可以是大約0.3MV/cm至大約100MV/cm，例如，大約1MV/cm至大約70MV/cm。

半導(dǎo)體層S50可以用作隧穿層。換言之，由于電荷(電子/空穴)經(jīng)由半導(dǎo)體層S50的隧穿，電流可以在第一電極E50和第二電極E60之間流動。在該情形下，根據(jù)示例實施方式的晶體管可以被稱為隧穿晶體管。根據(jù)被施加到柵電極G50的電壓，可以確定半導(dǎo)體層S50是否被活化，也就是，是否導(dǎo)通或斷開。根據(jù)示例實施方式，因為半導(dǎo)體層S50具有內(nèi)建電勢和/或內(nèi)建電場，所以可以容易地發(fā)生電荷經(jīng)由半導(dǎo)體層S50的隧穿。換言之，隧穿效率可以通過內(nèi)建電勢和/或內(nèi)建電場而提高。因此，根據(jù)示例實施方式，可以實現(xiàn)具有優(yōu)良性能的隧穿晶體管。

此外，半導(dǎo)體層S50可以包括鄰近第一電極E50的第一區(qū)域以及鄰近第二電極E60的第二區(qū)域，第一和第二區(qū)域中的至少一個可以是摻雜區(qū)域。換 言之，半導(dǎo)體層S50可具有與圖9-12的半導(dǎo)體有源層S10a-S10d中的每一個的結(jié)構(gòu)相同或類似的結(jié)構(gòu)。因此，半導(dǎo)體層S50的第一區(qū)域可以用與第一電極E50的摻雜劑相同類型的摻雜劑摻雜，和/或半導(dǎo)體層S50的第二區(qū)域可以用與第二電極E60的摻雜劑相同類型的摻雜劑摻雜。因為半導(dǎo)體層S50的第一和第二區(qū)域中的至少一個如上所述地摻雜，所以半導(dǎo)體層S50的隧穿特性例如可以進一步改善，因此，晶體管的性能可以改善。

圖28是當晶體管處于平衡狀態(tài)時圖27的晶體管的能帶圖。

參考圖28，第一電極E50可以是用p型摻雜劑摻雜的石墨烯層(即，p摻雜的石墨烯層)，第二電極E60可以是用n型摻雜劑摻雜的石墨烯層(即，n摻雜的石墨烯層)。如圖28所示，半導(dǎo)體層S50的能帶可具有傾斜結(jié)構(gòu)。半導(dǎo)體層S50可具有大約0.1eV或更大的內(nèi)建電勢，或大約0.3eV或更大的內(nèi)建電勢。半導(dǎo)體層S50可具有大約0.3MV/cm或更大或者大約1MV/cm或更大的內(nèi)建電場。由于具有內(nèi)建電勢和/或內(nèi)建電場的半導(dǎo)體層S50，半導(dǎo)體層S50的隧穿特性可以改善，并且晶體管的性能可以改善。

現(xiàn)在將描述根據(jù)示例實施方式的制造半導(dǎo)體器件(例如，光電子器件或晶體管)的方法。

圖29A至29F是用于說明根據(jù)示例實施方式的制造半導(dǎo)體器件的方法的截面圖。

參考圖29A，可以在基板100上形成絕緣層110?；?00可以是例如半導(dǎo)體基板諸如硅基板，但是可以是任何其它基板。用于形成基板100的材料可以是絕緣體或?qū)w。基板100可以是柔性基板或剛性基板，并且可以是透明的、不透明或半透明的基板。絕緣層110可以是例如硅氧化物層。當硅基板用作基板100時，硅氧化物層可以通過氧化硅基板的表面部分而形成，硅氧化物層可以用作絕緣層110。用于形成絕緣層110的材料可以改變。在一些情形下，可以不形成絕緣層110。

然后，可以在絕緣層110上形成第一電極120。第一電極120可以由例如石墨烯層形成，或包括例如石墨烯層。在該情形下，第一電極120可以被稱為第一石墨烯層。第一石墨烯層可以經(jīng)由一般的轉(zhuǎn)印工藝形成。備選地，第一石墨烯層可以直接生長在基板100上。

參考圖29B，可以用第一類型的摻雜劑摻雜第一電極120。因此，可以獲得摻雜的第一電極120a。例如，可以通過用p型摻雜劑摻雜第一電極120 而獲得摻雜的第一電極120a。摻雜的第一電極120a可以是p-摻雜的石墨烯層。

現(xiàn)在將更詳細地描述摻雜第一電極120的示例方法，也就是，形成摻雜的第一電極120a的方法。當?shù)谝浑姌O120是石墨烯層時，第一電極120可以經(jīng)由等離子體摻雜工藝或化學(xué)摻雜工藝被摻雜。當?shù)谝浑姌O120是經(jīng)由化學(xué)摻雜被p摻雜時，可以使用例如AuCl₃、FeCl₃、An-Br或TPA作為p型摻雜劑的源。這里，An-Br是9,10-二溴并三苯，TPA是1,3,6,8-芘四磺酸四鈉鹽。此外，可以使用重氮鹽作為p型摻雜劑的源，并且重氮鹽可以包括例如4-BBDT。AuCl₃中的Au可以用作p型摻雜劑，重氮鹽中的溴族可以用作p型摻雜劑。p型摻雜劑的源可以是離子液體諸如NO₂BF₄、NOBF₄或NO₂SbF₆，酸性化合物諸如HCl、H₂PO₄、CH₃COOH、H₂SO₄或HNO₃，或有機化合物諸如二氯二氰苯醌(DDQ)、過硫酸氫鉀制劑、二肉豆蔻酰磷脂酰肌醇(DMPI)或三氟甲烷磺酰亞胺。備選地，p型摻雜劑的源可以是HPtCl₄、HAuCl₄、AgOTf、AgNO₃、H₂PdCl₆、Pd(OAc)₂、Cu(CN)₂等。然而，上述p型摻雜劑的材料(源)僅是示例，可以使用各種其他材料中的任一種。

參考圖29C，可以在摻雜的第一電極120a上形成半導(dǎo)體層130。半導(dǎo)體層130可以由具有2D晶體結(jié)構(gòu)的2D半導(dǎo)體形成或包括具有2D晶體結(jié)構(gòu)的2D半導(dǎo)體，或者由量子點形成或包括量子點。備選地，半導(dǎo)體層130可以形成為包括2D半導(dǎo)體和量子點二者。在一些情形下，半導(dǎo)體層130可以形成為包括各種半導(dǎo)體材料諸如包含Si、Ge或SiGe的IV族基半導(dǎo)體，III-IV族半導(dǎo)體，氧化物半導(dǎo)體，氮化物半導(dǎo)體和氮氧化物半導(dǎo)體中的至少一種。半導(dǎo)體層130可以形成在摻雜的第一電極120a的期望的(或備選地，預(yù)定的)區(qū)域例如一端上，摻雜的第一電極120a的剩余區(qū)域可以被暴露而沒有被半導(dǎo)體層130覆蓋。

參考圖29D，可以在半導(dǎo)體130上形成第二電極140。第二電極140可以由例如石墨烯層形成，或包括例如石墨烯層。在該情形下，第二電極140可以被稱為第二石墨烯層。第二電極140可以朝向半導(dǎo)體層130的一側(cè)延伸同時覆蓋半導(dǎo)體層130的上表面。因而，第二電極140可以在半導(dǎo)體層130的一側(cè)上的絕緣層110上方延伸。

參考圖29E，可以對第二電極140進行摻雜工藝。例如，可以通過用第二類型的摻雜劑摻雜第二電極140而獲得摻雜的第二電極140a。第二類型的 摻雜劑可以是例如n型摻雜劑。在該情形下，摻雜的第二電極140a可以是n摻雜的石墨烯層。

現(xiàn)在將更詳細地描述摻雜第二電極140的方法，也就是，形成摻雜的第二電極140a的方法。當?shù)诙姌O140是石墨烯層時，第二電極140可以經(jīng)由等離子體摻雜工藝或化學(xué)摻雜工藝被摻雜。在使用等離子體時，n摻雜的石墨烯層(即，摻雜的第二電極140a)可以通過利用例如N等離子體而用氮(N)代替石墨烯層(即，第二電極140)中的碳(C)的一部分而獲得。為了經(jīng)由化學(xué)摻雜而n摻雜第二電極140，例如“具有電子施主基團的芳香族分子”或氟化銨可以用作n型摻雜劑的源。這里，“具有電子施主基團的芳香族分子”可以是例如9,10-二甲基蒽(An-CH₃)或1,5-萘二胺(Na-NH₂)。n型摻雜劑的源可以是包括煙酰胺的化合物、取代或未取代的煙酰胺的還原產(chǎn)物、與取代或未取代的煙酰胺化學(xué)結(jié)合的化合物的還原產(chǎn)物、或包括至少兩個吡啶基團的化合物，其中吡啶基團中的至少一個的氮原子減少。例如，n型摻雜劑的源可以包括煙酰胺單核苷酸(NMN)、煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD)、煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADP)、煙酰胺單核苷酸-H(NMNH)、煙酰胺腺嘌呤二核苷酸-H(NADH)或煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸-H(NADPH)或可以包括紫精。紫精可以包括例如1,1'二芐基-4,4'-雙吡啶二氯化物、甲基紫精二氯水合物、乙基紫精二高氯酸鹽、1,1'雙十八烷-4,4'-雙吡啶二溴化物和二辛基雙(4-吡啶基)聯(lián)苯紫精中的至少之一。紫精還可以包括能夠在兩個吡啶結(jié)構(gòu)之間接合的分子結(jié)構(gòu)。在該情形下，分子結(jié)構(gòu)可以包括芳香基、鏈烯基、炔基等。備選地，n型摻雜劑的源可以包括聚合物，諸如聚乙烯亞胺(PEI)。紫精中的氮原子可以用作n型摻雜劑，PEI中的胺基可以用作n型摻雜劑。備選地，n型摻雜劑可以包括堿金屬，諸如K或Li。然而，上述p型摻雜劑的材料(源)僅是示例，可以使用各種其他材料中的任一種。

在圖29E的操作中，第一電極120a的被暴露而沒有被半導(dǎo)體層130覆蓋的部分可以暴露于n型摻雜劑的摻雜。因而，在半導(dǎo)體層130之外的第一電極120a的暴露部分可以用n型摻雜劑摻雜。然而，暴露部分可以是不影響或很少影響半導(dǎo)體層130的區(qū)域。第一電極120a的存在于半導(dǎo)體層130的正下面的一部分可以直接影響半導(dǎo)體層130。該部分可以不暴露于圖29E的操作中的n型摻雜劑。因而，第一電極120a的在半導(dǎo)體層130正下面的 所述部分的第一摻雜劑(例如，p型摻雜劑)的濃度可以不同于第一電極120a的沒有被半導(dǎo)體層130覆蓋的暴露部分的第一摻雜劑(例如，p型摻雜劑)的濃度。然而，當在圖29D和29E的操作中形成覆蓋摻雜的第一電極120a的掩模(未示出)并且然后對第二電極140進行摻雜時，基本上整個摻雜的第一電極120a可以不被關(guān)于第二電極140的摻雜影響。在該情形下，摻雜的第一電極120a的基本上整個區(qū)域中的第一摻雜劑(例如，p型摻雜劑)的濃度可以是均勻的或基本上均勻的。

參考圖29F，可以在摻雜的第一電極120a上形成第一接觸電極150并且可以在摻雜的第二電極140a上形成第二接觸電極160。第一接觸電極150和第二接觸電極160可以由相同的材料或不同的材料形成，或者包括相同的材料或不同的材料。摻雜的第一電極120a、半導(dǎo)體層130、第二電極140a、第一接觸電極150和第二接觸電極160可以分別對應(yīng)于圖3的第一電極E10、半導(dǎo)體有源層S10、第二電極E20、第一接觸電極CE10和第二接觸電極CE20。備選地，摻雜的第一電極120a、半導(dǎo)體有源層130、第二電極140a、第一接觸電極150和第二接觸電極160可以分別對應(yīng)于圖27的第一電極E50、半導(dǎo)體層S50、第二電極E60、第一接觸電極CE50和第二接觸電極CE60。在該情形下，基板100和絕緣層110可以分別對應(yīng)于圖27的柵電極G50和柵絕緣層GI50。

雖然在圖29A-29F的示例實施方式中摻雜的第一電極120a是p摻雜的石墨烯層并且摻雜的第二電極140a是n摻雜的石墨烯層，但是摻雜的第一電極120a可以是n摻雜的石墨烯層并且摻雜的第二電極140a可以是p摻雜的石墨烯層。根據(jù)另一示例實施方式，摻雜的第一和第二電極120a和140a中的其中之一可以包括p摻雜的石墨烯層或n摻雜的石墨烯層或由其形成，并且另一個可以由金屬性材料層形成或包括金屬性材料層。在該情形下，n摻雜或p摻雜的石墨烯層與金屬性材料層的功函數(shù)之差可以是大約0.1eV至大約5eV。在一些情形下，摻雜的第一和第二電極120a和140a中的其中之一可以包括p摻雜的石墨烯層或n摻雜的石墨烯層或由其形成，并且另一個可以由未摻雜的石墨烯層形成或包括未摻雜的石墨烯層。

根據(jù)另一示例實施方式，半導(dǎo)體層130的至少一部分可以被摻雜。參考圖9-12在以上描述的半導(dǎo)體層S10a-S10d的結(jié)構(gòu)可以通過摻雜半導(dǎo)體層130的至少一部分而形成?，F(xiàn)在將參考圖30A-30E和圖31A-31D描述參考圖9-12 在以上描述的半導(dǎo)體層S10a-S10d的形成方法。

圖30A至30E是截面圖，用于說明根據(jù)示例實施方式的摻雜可應(yīng)用到半導(dǎo)體器件(例如，光電子器件或晶體管)的半導(dǎo)體層的至少一部分的方法。

參考圖30A，可以在第一基板101上形成半導(dǎo)體層131。

參考圖30B，可以通過用第一類型的摻雜劑摻雜半導(dǎo)體層131的上表面部分的至少一部分而形成第一摻雜區(qū)域d1。參考數(shù)字131a表示包括第一摻雜區(qū)域d1的半導(dǎo)體層。第一類型的摻雜劑可以是例如p型摻雜劑。在該情形下，第一摻雜區(qū)域d1可以是p型摻雜區(qū)域。

參考圖30C和30D，可以將形成在第一基板101上的半導(dǎo)體層131a轉(zhuǎn)印到第二基板102。在該情形下，第一摻雜區(qū)域d1可以附接到第二基板102的上表面。換言之，半導(dǎo)體層131a可以上下顛倒，然后被轉(zhuǎn)印到第二基板102。因此，形成在第二基板102上的半導(dǎo)體層131a的上表面部分可以處于未摻雜的狀態(tài)。

參考圖30E，可以通過用第二類型的摻雜劑摻雜半導(dǎo)體層131a的上表面部分的一部分而形成第二摻雜區(qū)域d2。參考數(shù)字131b表示包含第一摻雜區(qū)域d1和第二摻雜區(qū)域d2的半導(dǎo)體層。第二類型的摻雜劑可以是例如n型摻雜劑。在該情形下，第二摻雜區(qū)域d2可以是n型摻雜區(qū)域。

在圖30C-30E的操作中使用的第二基板102可以是例如圖29B的結(jié)構(gòu)，也就是包括基板100、絕緣層110和摻雜的第一電極120a的結(jié)構(gòu)。圖30C-30E的工藝可以通過利用圖29B的結(jié)構(gòu)作為第二基板102而進行。因此，圖30E的半導(dǎo)體層131b可以形成在圖29B的摻雜的第一電極120a上。

在圖30C-30E的操作中的第一和第二摻雜區(qū)域d1和d2可以經(jīng)由等離子體摻雜或化學(xué)摻雜形成。例如，用p型摻雜劑摻雜的第一摻雜區(qū)域d1可以通過利用包含NOx的溶液處理圖30A的結(jié)構(gòu)中的半導(dǎo)體層131的上表面部分(暴露部分)而形成。該過程可以被稱為NOx化學(xué)吸附，并且可以在例如大約150℃進行。當半導(dǎo)體層131由MoS₂形成或包括MoS₂時，半導(dǎo)體層131可以通過用NOx代替S而被p摻雜。通過將圖30D的結(jié)構(gòu)中的半導(dǎo)體層131a浸在包含Cl₂或Cl的溶液內(nèi)，用n型摻雜劑摻雜的第二摻雜區(qū)域d2可以形成在半導(dǎo)體層131a的上表面部分(暴露部分)上。當半導(dǎo)體層131a由MoS₂形成或包括MoS₂時，半導(dǎo)體層131a可以通過用Cl代替S而被n摻雜。用于在半導(dǎo)體層131上形成第一和第二摻雜區(qū)域d1和d2的p型摻雜 劑和n型摻雜劑的材料(源)可以與用于摻雜石墨烯層的p型摻雜劑和n型摻雜劑的材料和性能相同或類似。在一些情形下，第一和第二摻雜區(qū)域d1和d2中的至少之一可以經(jīng)由離子注入形成。

圖31A至31D是截面圖，用于說明根據(jù)另一示例實施方式的摻雜可應(yīng)用到半導(dǎo)體器件(例如，光電子器件或晶體管)的半導(dǎo)體層的至少一部分的方法。

參考圖31A，可以在基板103上形成第一半導(dǎo)體層133-1。第一半導(dǎo)體層133-1可以包括2D半導(dǎo)體和量子點中的至少一個或由其形成。備選地，第一半導(dǎo)體層133-1可以形成為包括各種半導(dǎo)體材料諸如包括Si、Ge或SiGe的IV族基半導(dǎo)體，Ⅲ-IV族半導(dǎo)體，氧化物半導(dǎo)體，氮化物半導(dǎo)體和氮氧化物半導(dǎo)體中的至少一種。

參考圖31B，可以用第一類型摻雜劑摻雜第一半導(dǎo)體層133-1。第一類型的摻雜劑可以是例如p型摻雜劑。在該情形下，可以形成p摻雜的第一半導(dǎo)體層133-1a。

參考圖31C，可以在p摻雜的第一半導(dǎo)體層133-1a上形成第二半導(dǎo)體層133-2。第二半導(dǎo)體層133-2可以包括與用于形成圖31A的第一半導(dǎo)體層133-1的材料相同或不同的材料，或者由其形成。

參考圖31D，可以用第二類型的摻雜劑摻雜第二半導(dǎo)體層133-2。第二類型的摻雜劑可以是例如n型摻雜劑。在該情形下，可以形成n摻雜的第二半導(dǎo)體層133-2a。這兩個摻雜的半導(dǎo)體層133-1a和133-2a組成半導(dǎo)體層133a。半導(dǎo)體層133a可具有多層結(jié)構(gòu)，例如雙層結(jié)構(gòu)。半導(dǎo)體層133a的下層區(qū)域可以用第一類型摻雜劑摻雜并且其上層區(qū)域可以用第二類型摻雜劑摻雜。

在圖31A-31D的示例實施方式中使用的基板103可以是例如圖29B的結(jié)構(gòu)，也就是包括基板100、絕緣層110和摻雜的第一電極120a的結(jié)構(gòu)。圖31A-31D的工藝可以利用圖29B的結(jié)構(gòu)作為基板103進行。因此，圖31D的半導(dǎo)體層133a可以形成在圖29B的摻雜的第一電極120a上。

當圖30A至30E的方法或圖31A至31D的方法改變時，可以形成圖11或12的半導(dǎo)體層S10c或S10d的結(jié)構(gòu)。這對于示例實施方式所屬的領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員而言是眾所周知的，因而這里將省略其詳細描述。

圖32A至32G是截面圖，用于說明根據(jù)另一示例實施方式的制造半導(dǎo) 體器件的方法。示例實施方式示出了制造如圖19所示的半導(dǎo)體器件(光電器件)的方法。

參考圖32A，可以在基板107上形成第一接觸電極117。第一接觸電極117可以是透明的或可以不是透明的。可以在第一接觸電極117上形成第一電極127。第一電極127可以由例如石墨烯層形成，或包括例如石墨烯層。在該情形下，第一電極127可以被稱為第一石墨烯層。當?shù)谝浑姌O127由石墨烯層形成或包括石墨烯層時，石墨烯層可以利用第一接觸電極117作為催化劑而形成。

參考圖32B，可以通過用第一類型摻雜劑摻雜第一電極127而獲得摻雜的第一電極127a。第一類型的摻雜劑可以是例如p型摻雜劑。在該情形下，摻雜的第一電極127a可以是p摻雜的石墨烯層。摻雜第一電極127的方法可以與以上參考圖29A和29B描述的摻雜第一電極120的方法相同或類似。另外，根據(jù)示例實施方式，當利用第一接觸電極117作為催化劑(金屬催化劑)形成將被用作第一電極127的石墨烯層時，石墨烯層可以通過催化劑摻雜。根據(jù)催化劑的材料，在催化劑上生長的石墨烯層可以被p摻雜或n摻雜。例如，石墨烯層通過利用Ni層作為催化劑而生長在Ni層上，石墨烯層可以通過Ni層被n摻雜。當?shù)谝唤佑|電極117用作催化劑時，Au、Co、Cu、Fe、Ir、Mo、Ni、Pd、Pt、Rh、Ru等可以用作用于形成第一接觸電極117的材料，也就是，用作催化劑材料。摻雜的石墨烯層可以利用催化劑材料生長，并且當摻雜的石墨烯層用作摻雜的第一電極127a時，可以不進行特定的摻雜工藝。

參考圖32C，可以在摻雜的第一電極127a上形成半導(dǎo)體層137。半導(dǎo)體層137可以包括2D半導(dǎo)體、量子點或一般的半導(dǎo)體材料，或者由其形成。

參考圖32D，可以在半導(dǎo)體層137上形成第二電極147。第二電極147可以由例如石墨烯層形成，或包括例如石墨烯層。在該情形下，第二電極147可以被稱為第二石墨烯層。

參考圖32E，可以通過用第二類型摻雜劑摻雜第二電極147而獲得摻雜的第二電極147a。第二類型的摻雜劑可以是例如n型摻雜劑。在該情形下，摻雜的第二電極147a可以是n摻雜的石墨烯層。摻雜第二電極147的方法可以與以上參考圖29D和29E描述的摻雜第二電極140的方法相同或類似。

參考圖32F，可以通過圖案化摻雜的第二電極147a、半導(dǎo)體層137和摻 雜的第一電極127a而暴露第一接觸電極117的一部分。

參考圖32G，可以在摻雜的第二電極147a上形成第二接觸電極157。第二接觸電極157可以是透明的或可以不是透明的。第二接觸電極157可以形成為具有比摻雜的第二電極147a小的尺寸(寬度)或具有與摻雜的第二電極147a相同的尺寸(寬度)。在一些情形下，第一接觸電極117、摻雜的第一電極127a、半導(dǎo)體層137、摻雜的第二電極147a和第二接觸電極157可以形成為具有相同的寬度。

雖然在圖32A-32G的示例實施方式中摻雜的第一電極127a是p摻雜的石墨烯層并且摻雜的第二電極147a是n摻雜的石墨烯層，但是摻雜的第一電極127a可以是n摻雜的石墨烯層并且摻雜的第二電極147a可以是p摻雜的石墨烯層。根據(jù)另一示例實施方式，摻雜的第一和第二電極127a和147a中的其中之一可以包括p摻雜的石墨烯層或n摻雜的石墨烯層或由其形成，并且另一個可以包括金屬性材料層或由其形成。在該情形下，n摻雜或p摻雜的石墨烯層與金屬性材料層的功函數(shù)之差可以是大約0.1eV至大約5eV。在一些情形下，摻雜的第一和第二電極127a和147a中的其中之一可以包括p摻雜的石墨烯層或n摻雜的石墨烯層，或由其形成，并且另一個可以包括未摻雜的石墨烯層，或由其形成。

通過將圖30A-30E的方法、圖31A-31D的方法或這兩種方法的每一個的變形應(yīng)用到圖32A-32G的示例實施方式，半導(dǎo)體層137的至少一部分可以被摻雜。換言之，半導(dǎo)體層137可以形成為具有圖9-12的半導(dǎo)體有源層S10a-S10d中的其中之一。

當圖32G的結(jié)構(gòu)用作光接收器件并且光從上方進入半導(dǎo)體層137時，第二接觸電極157可以是透明電極。在該情形下，第一接觸電極117和基板107可以不是透明的。當光從基板107下面進入半導(dǎo)體層137時，基板107和第一接觸電極117可以是透明的并且第二接觸電極157可以不是透明的。基板107以及第一和第二接觸電極117和157可以都是透明的，或可以不包括基板107。

根據(jù)如上所述的示例方法，半導(dǎo)體器件(例如，光電器件或晶體管)的各種結(jié)構(gòu)可以被容易地制造。根據(jù)示例實施方式的光電器件可以是例如摻雜石墨烯-2D半導(dǎo)體基的光電器件。光電器件可應(yīng)用于例如互補金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器、電荷耦合器件(CCD)、或健康監(jiān)測器件的光 電探測器。具體地，根據(jù)示例實施方式的光電器件可以被有效地應(yīng)用于需要諸如高靈敏度、寬帶(UV至IR)和柔性的特性的下一代CMOS圖像傳感器(CIS)。根據(jù)示例實施方式的光電器件還可以應(yīng)用于與Si基圖像傳感器或新型柔性器件結(jié)合的器件。根據(jù)示例實施方式的光電器件也可以應(yīng)用于太陽能電池，或在一些情形下，可以應(yīng)用于發(fā)光器件。根據(jù)示例實施方式的晶體管(隧穿晶體管)可以是柔性的并且非常薄，且可具有優(yōu)良的性能，因而可以有效地應(yīng)用于包括柔性器件的各種電子設(shè)備。

雖然已經(jīng)具體地顯示并描述了示例實施方式，應(yīng)該理解的是，示例實施方式應(yīng)該僅以描述性含義被考慮且不用于限制。例如，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將理解，可以在圖1-4、圖7-22和圖27的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)中進行形式和細節(jié)上的各種變化，而不脫離權(quán)利要求的精神和范圍。例如，2D材料諸如h-BN可以應(yīng)用于圖3的半導(dǎo)體層S10。在該情形下，h-BN可具有能帶隙內(nèi)的至少一個缺陷能級，因而關(guān)于光可具有與半導(dǎo)體相同或類似的特性。此外，在根據(jù)示例實施方式的半導(dǎo)體器件中，可以使用2D導(dǎo)體或任何其它材料而不是石墨烯。另外，可以對圖29A-29F、圖30A-30E、圖31A-31D和圖32A-32G的半導(dǎo)體器件制造方法進行各種變形。根據(jù)示例實施方式的各種構(gòu)思可以應(yīng)用于光電器件、晶體管或任何其它器件。因此，當前的范圍沒有被此處描述的示例實施方式限制而是由權(quán)利要求限定。

應(yīng)該理解，此處描述的示例性實施方式僅應(yīng)該以說明性含義被理解，而不是用于限制。在每個示例實施方式內(nèi)的特征的描述應(yīng)該典型地被認為是可用于其它示例實施方式中的其它類似的或相同的特征。

雖然已經(jīng)具體示出并描述了示例實施方式，但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將理解，可以在形式和細節(jié)中進行各種改變而不脫離由權(quán)利要求限定的精神和范圍。

本申請要求享有2015年5月18日在韓國知識產(chǎn)權(quán)局提交的第10-2015-0069119號韓國專利申請的優(yōu)先權(quán)權(quán)益，其公開通過引用整體合并于此。