一种正负光电导切换的场效应晶体管及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种正负光电导切换的场效应晶体管及其制备方法，能够实现在不同激光功率密度下正/负光电导切换的功能，所制备晶体管以石墨烯作为沟道层，硒化铟作为光吸收层。制备过程如下：首先，采用机械剥离法制备六方氮化硼、石墨烯以及硒化铟；其次，借助转移台将其分别转移到经过超声处理的硅/二氧化硅衬底上；然后，利用铜网掩膜法对其进行图案化处理；最后，借助热蒸发镀膜仪沉积金电极，至此完成晶体管的制备。本发明专利技术所制备晶体管结构简单、制备过程易操作，进一步丰富了二维材料的功能特性。特性。特性。

【技术实现步骤摘要】
一种正负光电导切换的场效应晶体管及其制备方法


[0001]本专利技术涉及二维层状薄膜晶体管及制备
，具体来说是以石墨烯作为沟道层，硒化铟作为光吸收层；通过硒化铟层与石墨烯层之间的相互作用实现在不同激光功率密度下的正/负光电导切换的场效应晶体管。

技术介绍

[0002]近年来，二维半导体材料因其独特的结构和优异的物理性能成为研究的热点，常见的二维材料包括：二维层状材料、二维钙钛矿以及二维纳米片。与传统材料相比，新型二维半导体材料具有原子级厚度、较大的比表面积以及连续可调的带隙和优异的电子运输特性。尤其是对于二维层状材料来说层与层之间借助弱范德华力进行结合，为不同材料之间的堆叠提供了可能。
[0003]二维石墨烯为碳六边形晶体结构，碳原子的最外层电子易与相邻碳原子由sp2杂化成键，使其所形成的自由电子可以在晶体中自由移动。常温下，石墨烯的载流子迁移率约为130
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10000cm2/Vs，低温条件下其迁移率可达230
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100000cm2/Vs，远远高于传统半导体材料的载流子迁移率；不仅如此，石墨烯材料还具有良好的导电性以及零带隙特性，其能量分布满足狄拉克方程。作为具有高载流子迁移率、双极性导电性和带隙可控等物理特性的二维材料，石墨烯材料在电子器件中得到了广泛应用。相较于传统的光电器件，基于石墨烯沟道的晶体管能够实现正负光电导效应的切换，进一步丰富了石墨烯器件的应用场景，也为其他二维材料的发展提供了一种思路。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种正负光电导切换的场效应晶体管及其制备方法，该方法通过机械剥离法分别获得六方氮化硼层、硒化铟层以及石墨烯层，并将其依次转移至二氧化硅/P型重掺硅衬底上，再对其进行图案化处理标定电极的位置，最后借助热蒸发镀膜仪完成金电极的沉积。
[0005]实现本专利技术目的的具体技术方案是：一种正负光电导切换的场效应晶体管的制备方法，该方法包括以下具体步骤：步骤1：晶体管沟道层的制备A1：制备衬底选择具有95
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300nm的二氧化硅的P型重掺硅衬底，利用金刚石刀将其切成边长为0.5
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5cm大小的方形，依次将其置于丙酮、无水乙醇和去离子水中进行超声清洗10
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30min，最后利用氮气枪吹干衬底表面残留的去离子水备用，至此完成衬底的制备；A2：机械剥离法制备二维材料层首先，对载玻片、垫板及镊子进行酒精清洁处理；其次，将蓝膜胶带裁剪成面积为3
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10cm2的长条状，用镊子夹取块材二维材料黏贴在蓝膜胶带上，通过反复黏贴4~6次使其减薄；再次，将PDMS裁剪成边长为1
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2cm的方形，将其黏贴在洁净的载玻片上，揭去最上层的
保护层，然后将粘有二维材料的蓝膜胶带粘贴在PDMS上，用手轻压2~4下后揭下蓝膜胶带，将二维材料转移到PDMS上，随后将黏有二维材料的PDMS置于光学显微镜下进行观察，寻找质地均匀，厚度为10
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50nm、长度在25
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100μm之间的二维材料作为目标二维材料；最后，用小刀将带有样品的PDMS裁剪为边长为2
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5mm大小的方形，作为目标载玻片；所述二维材料为：六方氮化硼、石墨烯以及硒化铟；步骤2：二维材料的转移B1：转移台的开启以及调整借助转移台将选取的目标二维材料按照六方氮化硼、硒化铟、石墨烯的顺序在衬底上进行堆叠；首先，依次开启转移台软件及控制盒开关，将显微镜灯光亮度调至30%
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70%，利用水平仪将转移台调至水平；其次，将Z轴手动装置调至最上端后开启转移台电动移动装置并完成连接，确保电动装置处于正常工作状态；最后，打开转移台外置机械泵开关，至此完成转移台的开启工作；B2：六方氮化硼层的转移首先，将步骤A1中制备的衬底置于载物台中央孔洞处，打开控制盒面板上VAC开关，使载物台能够吸附衬底保证在转移过程中衬底固定不动；其次，通过调整粗/细准焦螺旋聚焦到衬底表面，寻找洁净表面并借助载物台的X轴和Y轴将其移动到视野中央；再次，将步骤A2中选取的粘有六方氮化硼的目标载玻片固定在转移台夹具上，使粘有六方氮化硼的一面朝向衬底，转动夹具台使粘有二维材料的PDMS置于视野中央；接着，在低倍镜下调整粗/细准焦螺旋寻找六方氮化硼的位置并调至清晰，利用夹具台的X轴和Y轴将六方氮化硼移动到屏幕中央，调整Z轴的移动速率为30
‑
1000μm/s控制夹具台缓慢下降至距衬底2
‑
10mm的位置，在夹具台下降的过程中，不断调整细准焦螺旋保持能够观察到清晰可见的样品；随后，减小Z轴的移动速率为0.1
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0.5μm/s控制夹具台以更小的速度接近衬底表面，待屏幕中看到波纹时放大倍镜控制Z轴速率为0.1
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0.5μm/s缓慢下降，待六方氮化硼与衬底完全贴合时静置3~4秒后以0.1
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0.3μm/s的速度缓慢上移Z轴，直至PDMS与衬底完全分离，上移的过程中观察六方氮化硼与衬底的结合状态，若与衬底分离则及时下移Z轴确保六方氮化硼与衬底完全贴合；最后，待PDMS与衬底完全分离后，调整转移台粗/细准焦螺旋使其聚焦到衬底表面观察六方氮化硼与衬底的贴合状态，若完全贴合则表示六方氮化硼层已转移成功；B3：硒化铟层的转移首先，将步骤B2中制备的黏附有六方氮化硼层的衬底置于载物台中央孔洞处，打开控制盒的VAC开关，在低倍显微镜下调整粗/细准焦螺旋聚焦到衬底表面，通过调整载物台的X轴和Y轴使六方氮化硼层置于视野中央；其次，将黏附有硒化铟的目标载玻片夹持在夹具台上并确保硒化铟朝下，转动夹具台使目标载玻片上的PDMS置于视野中央，调整硒化铟与六方氮化硼层的相对位置；再次，调整Z轴的移动速率为30
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1000μm/s使其缓慢下降至距六方氮化硼层表面2
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10mm的位置，在夹具台下降的过程中不断调整细准焦螺旋使视野保持清晰，待视野内出现波纹时降低Z轴的下降速率为0.1
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0.5μm/s，同时调整显微镜的放大倍数，待硒化铟层与六方氮化硼层完全贴合后静置3~4秒后以0.1
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0.3μm/s的速度缓慢上移Z轴直至PDMS与硒化铟层完全分离；最后，将夹具台转移到一侧，调整粗/细准焦螺旋使聚焦到衬底表面观察硒化铟层与六方氮化硼层的贴合状态，若完全贴合则表示转移成功；B4：石墨烯层的转移
首先，将步骤B3中制备的黏附有六方氮化硼/硒化铟层的衬底置于载物台中央孔洞处，打开控制盒的VAC开关，在低倍显微镜下进行聚焦，通过调整载物台的X轴和Y轴使六方氮化硼/硒化铟层置于视野中央；其次，将黏附有石墨烯的目标载玻片夹持在夹具台上并确保石墨烯朝下，转动夹具台使目标载玻片上的PDMS置于视野中央，调整石墨烯与六方氮化硼/硒化铟层的相对位置；再次，调整Z轴的移动速率30
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1000μm/s使其缓慢下降至距六方氮化硼/硒化铟层表面2
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10mm的位置，在夹具台下降本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种正负光电导切换的场效应晶体管的制备方法，其特征在于，该方法包括以下具体步骤：步骤1：晶体管沟道层的制备A1：制备衬底选择具有95
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300nm的二氧化硅的P型重掺硅衬底，利用金刚石刀将其切成边长为0.5
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5cm大小的方形，依次将其置于丙酮、无水乙醇和去离子水中进行超声清洗10
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30min，最后利用氮气枪吹干衬底表面残留的去离子水备用，至此完成衬底的制备；A2：机械剥离法制备二维材料层首先，对载玻片、垫板及镊子进行酒精清洁处理；其次，将蓝膜胶带裁剪成面积为3
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10cm2的长条状，用镊子夹取块材二维材料黏贴在蓝膜胶带上，通过反复黏贴4~6次使其减薄；再次，将PDMS裁剪成边长为1
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2cm的方形，将其黏贴在洁净的载玻片上，揭去最上层的保护层，然后将粘有二维材料的蓝膜胶带粘贴在PDMS上，用手轻压2~4下后揭下蓝膜胶带，将二维材料转移到PDMS上，随后将黏有二维材料的PDMS置于光学显微镜下进行观察，寻找质地均匀，厚度为10
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50nm、长度在25
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100μm之间的二维材料作为目标二维材料；最后，用小刀将带有样品的PDMS裁剪为边长为2
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5mm大小的方形，作为目标载玻片；所述二维材料为：六方氮化硼、石墨烯以及硒化铟；步骤2：二维材料的转移B1：转移台的开启以及调整借助转移台将选取的目标二维材料按照六方氮化硼、硒化铟、石墨烯的顺序在衬底上进行堆叠；首先，依次开启转移台软件及控制盒开关，将显微镜灯光亮度调至30%
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70%，利用水平仪将转移台调至水平；其次，将Z轴手动装置调至最上端后开启转移台电动移动装置并完成连接，确保电动装置处于正常工作状态；最后，打开转移台外置机械泵开关，至此完成转移台的开启工作；B2：六方氮化硼层的转移首先，将步骤A1中制备的衬底置于载物台中央孔洞处，打开控制盒面板上VAC开关，使载物台能够吸附衬底保证在转移过程中衬底固定不动；其次，通过调整粗/细准焦螺旋聚焦到衬底表面，寻找洁净表面并借助载物台的X轴和Y轴将其移动到视野中央；再次，将步骤A2中选取的粘有六方氮化硼的目标载玻片固定在转移台夹具上，使粘有六方氮化硼的一面朝向衬底，转动夹具台使粘有二维材料的PDMS置于视野中央；接着，在低倍镜下调整粗/细准焦螺旋寻找六方氮化硼的位置并调至清晰，利用夹具台的X轴和Y轴将六方氮化硼移动到屏幕中央，调整Z轴的移动速率为30
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1000μm/s控制夹具台缓慢下降至距衬底2
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10mm的位置，在夹具台下降的过程中，不断调整细准焦螺旋保持能够观察到清晰可见的样品；随后，减小Z轴的移动速率为0.1
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0.5μm/s控制夹具台以更小的速度接近衬底表面，待屏幕中看到波纹时放大倍镜控制Z轴速率为0.1
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0.5μm/s缓慢下降，待六方氮化硼与衬底完全贴合时静置3~4秒后以0.1
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0.3μm/s的速度缓慢上移Z轴，直至PDMS与衬底完全分离，上移的过程中观察六方氮化硼与衬底的结合状态，若与衬底分离则及时下移Z轴确保六方氮化硼与衬底完全贴合；最后，待PDMS与衬底完全分离后，调整转移台粗/细准焦螺旋使其聚焦到衬底表面观察六方氮化硼与衬底的贴合状态，若完全贴合则表示六方氮化硼层已转移成功；B3：硒化铟层的转移
首先，将步骤B2中制备的黏附有六方氮化硼层的衬底置于载物台中央孔洞处，打开控制盒的VAC开关，在低倍显微镜下调整粗/细准焦螺旋聚焦到衬底表面，通过调整载物台的X轴和Y轴使六方氮化硼层置于视野中央；其次，将黏附有硒化铟的目标载玻片夹持在夹具台上并确保硒化铟朝下，转动夹具台使目标载玻片上的PDMS置于视野中央，调整硒化铟与六方氮化硼层的相对位置；再次，调整Z轴的移动速率...

【专利技术属性】
技术研发人员：张金中，高照潭，姜睿琪，邓梦晗，王强飞，赵灿，洪子安，胡志高，褚君浩，
申请(专利权)人：华东师范大学，
类型：发明
国别省市：