一种基于二维黑磷材料实现IGZO光电流调控的方法
阅读：323发布：2020-05-08
专利汇可以提供一种基于二维黑磷材料实现IGZO光电流调控的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种基于二维黑磷材料实现IGZO光 电流 调控的方法，属于 半导体 器件领域。本发明提出了一种利用干法转移技术制备IGZO-黑磷 异质结 构的方法，并且通过改变IGZO与黑磷之间的 接触 方式，可以实现IGZO对不同激光 波长 光电流响应的调控，该方法中IGZO 沟道 和 电极 都借助掩膜版进行 磁控溅射 ，重复性好且能够实现大面积多器件的制备，黑磷样品通过机械剥离法制备，厚度和尺寸均可控制，异质结的制备利用干法转移技术，操作简单，可控性强。该发明有利于推动IGZO 薄膜 在微纳领域和半导体行业的发展。，下面是一种基于二维黑磷材料实现IGZO光电流调控的方法专利的具体信息内容。
1.一种IGZO-黑磷异质结的构建方法，其特征在于，所述方法为：制备不同沟道的IGZO器件，通过干法转移技术将不同厚度的黑磷样品转移至制备好的IGZO器件沟道中，通过改变黑磷与IGZO的接触方式，制备不同结构的IGZO-黑磷异质结。
2.根据权利要求1中所述的构建方法，其特征在于，所述不同沟道的IGZO器件的制备方法包括以下步骤：
(1)制备掩膜版：制备一套掩膜版，其中用来制备IGZO沟道层的记为掩膜版I，用来在IGZO表面制备电极的记为掩膜版II；
(2)衬底清洗：衬底依次在丙酮、乙醇、和去离子水中超声清洗，清洗后干燥，最后在加热平台上进行烘烤，以去除丙酮、乙醇等残留物；
(3)将步骤(1)中制备好的掩膜版I固定在清洗好的衬底表面，固定好之后将整个衬底放置于磁控溅射腔体内，将腔室抽至真空度为10Pa以下，使用射频磁控溅射沉积有源层IGZO薄膜；
(4)将步骤(1)中制备好的掩膜版II在显微镜下对准压在沉积好的IGZO薄膜表面，即将需要镀电极的区域露出来，沟道区域挡住，然后整体放入磁控溅射或者热蒸镀腔体内，进行电极材料的制备，电极制备好之后，就构成了两边为电极，中间为沟道的IGZO器件。
3.根据权利要求1所述的构建方法，其特征在于，步骤(1)中所述掩膜版I的沟道宽度为
40um。
4.根据权利要求1所述的构建方法，其特征在于，步骤(3)中所述使用射频磁控溅射沉积的有源层IGZO薄膜的厚度为10nm-40nm。
5.根据权利要求1所述的构建方法，其特征在于，步骤(4)中所述不同结构IGZO-黑磷异质结的制备方法包括以下步骤：
(1)在衬底上制备黑磷样品，然后在光学显微镜下找到不同厚度的样品并标记好；
(2)将步骤(1)中衬底上的黑磷样品转移至制备好的IGZO器件沟道中，通过调控衬底和黑磷之间的相对位置，改变黑鳞和IGZO器件的接触方式和接触面积，得到不同结构的IGZO-黑磷异质结构。
6.根据权利要求5所述的构建方法，其特征在于，步骤(1)中所述黑磷样品的厚度为
10nm-100nm。
7.根据权利要求5所述的构建方法，其特征在于，步骤(2)中所述改变黑磷与IGZO器件的接触方式，制备不同结构的IGZO-黑磷异质结，包括以下四种结构：
(1)选择尺寸大于IGZO器件沟道长度的黑磷样品，转移至器件表面，黑磷样品横跨于IGZO沟道两端，命名为类型I；
(2)选择尺寸小于IGZO器件沟道长度的黑磷样品，转移至器件表面，黑磷样品只覆盖于IGZO沟道中，不与源漏电极接触，命名为类型II；
(3)制备绝缘层氮化硼样品，在显微镜下挑选厚度为10nm以下、尺寸不同的样品；选择尺寸大于IGZO器件沟道长度的氮化硼样品，先转移至器件沟道两端，然后再转移黑磷样品在其表面，即隔离了黑磷样品与IGZO的直接接触，命名为类型III；
(4)选择步骤(3)中制备的尺寸正好等于IGZO器件沟道长度的氮化硼样品，将其转移至器件沟道两端，即只与沟道中IGZO接触，不与源漏电极接触，然后选择尺寸大于IGZO沟道的黑磷样品，转移至该结构表面，在该类器件中，黑磷样品只与IGZO器件两端的源漏电极接触，并不与沟道中的IGZO接触，命名为类型Ⅳ。
8.一种实现IGZO器件光电流调控的方法，其特征在于，通过构建权利要求7中不同结构的IGZO-黑磷异质结来实现IGZO器件光电流的调控。
9.根据权利要求1～7任一构建方法得到的IGZO-黑磷异质结。
10.权利要求9中所述的IGZO-黑磷异质结在薄膜晶体管、显示技术、柔性可穿戴电子技术以及新型传感技术中的应用。
一种基于二维黑磷材料实现IGZO光电流调控的方法
技术领域
背景技术
[0002] 非晶铟镓锌氧化物(简称IGZO)是一种新型透明氧化物半导体材料，具有较宽的带隙(～3.5eV)、高迁移率(～35.8cm2V-1s-1)、较低的制备温度和极高稳定性等特性，是目前显示技术领域的研究热点，同时也被认为是柔性显示技术、柔性可穿戴电子技术以及新型传感技术发展中的一种重要材料。2004年Hosono和Nomura等研究人员在室温条件下第一次利2 -
用IGZO实现了柔性衬底PET全透明薄膜晶体管(TFT)的制备，其场效应迁移率超过10cmV
1s-1，比之前报道的硅晶体管高了一个数量级。很快该材料的研究得到了全球范围内研究者和显示面板厂商的关注。目前，基于IGZO TFT的高分辨中小尺寸显示屏已实现量产，夏普公司生产的IGZO面板已应用于高端移动终端设备。
用IGZO实现了柔性衬底PET全透明薄膜晶体管(TFT)的制备，其场效应迁移率超过10cmV
1s-1，比之前报道的硅晶体管高了一个数量级。很快该材料的研究得到了全球范围内研究者和显示面板厂商的关注。目前，基于IGZO TFT的高分辨中小尺寸显示屏已实现量产，夏普公司生产的IGZO面板已应用于高端移动终端设备。
[0003] 基于IGZO的柔性光电器件在工业、医疗、民用、航天、国防及军事等各个领域都有着极其广泛的应用。但是随着研究的深入，人们发现IGZO虽然具有较好的电学特性如高迁移率等，但原子无序性排列会使物质结构中存在许多缺陷，这些缺陷态在外界偏压、光照等的作用下与导带电子发生作用或者自身性质发生变化，会对载流子的输运和材料的稳定性产生极大的影响，导致器件光电性能的不稳定。同时，由于光电探测器是一种能够将辐射光信号转换为电信号的半导体器件，光电流的大小直接对应着转换效率的高低，即调控光电流的大小便能够有效地实现器件对外界光敏感度的调节。在实际应用中，不同场合对光电器件灵敏性的要求不同，比如对于普通可见光范围内的光电探测器，希望对光具有非常强的响应，即光电流和响应度应该高；而对于航天或者国防等军事中的探测器，更希望器件在可见光内对光不敏感，即几乎不响应以保持稳定，而在特定的日盲紫外区或者深红外区有着较强的响应。因此，对光电器件而言，其光电性能的调控是至关重要的。
[0004] 常规半导体光电器件性能调控的方法有掺杂、制备周期性阵列结构、选用不同的接触电极材料等。例如目前对于IGZO器件性能调控的方法主要集中在器件结构的改变，例如制备厚度不同的周期性结构、构造不同形貌(柱状、矩形状等)的结构；器件电极相对位置的改变，例如反交叠背栅，反交叠顶栅，共面背栅以及共面顶栅结构；器件电极材料的选择，例如Ti/Au，IZO，Al，Cu等金属材料。同时在不同温度下退火处理不同时间也是调控IGZO器件性能常用的方法。然而，上述常用的方法不仅操作复杂，也很难实现光电流的提升。
[0005] 自2014年二维半导体材料黑磷被发现后，由于其高迁移率(1000cm2V-1s-1)、高开关比(103-105)及近红外的高吸收率迅速的引起了大家的广泛研究。但研究发现，单层及薄层(十层以内)的黑磷在空气易被氧化分解，不太稳定。同时，黑磷器件在近红外波段的光电响应较弱，极大地限制了其在电子和光电子领域中的应用。
[0006] 基于异质结结构调控光电性能是二维半导体光电器件常用的调控手段，例如通过黑磷-石墨烯异质结实现黑磷响应时间的加快；通过黑磷-XY2(X＝Mo,W；Y＝S,Se)异质结实现响应波长的拓宽和响应度的提高；通过黑磷-硫化铼异质结实现器件在紫外波段的超强超快响应等。但是上述异质结构都是基于二维材料间实现的，样品尺寸小、异质结的转移和器件的制备过程比较复杂，并且器件性能不够稳定。
发明内容
[0007] 为了能够有效地调控IGZO光电流，本发明提供了一种基于二维黑磷材料实现IGZO光电流调控的方法，本发明采用构建黑磷-IGZO垂直P-N异质结的方法，通过改变黑磷样品的厚度，IGZO器件的沟道宽度及黑磷与IGZO之间的接触面积实现IGZO器件光电流大小的调控。通过掩膜版磁控溅射的方法制备IGZO器件，电极采用IZO，器件结构简单，面积较大；黑磷采用10层以上的样品，稳定性强，异质结构的制备采用干法转移技术，操作简单、可控性强。通过改变黑磷的厚度和两者之间的接触方式，能够实现电荷的转移，从而调控IGZO中的光电流强度。
[0008] 本发明的第一个目的是提供一种IGZO-黑磷异质结的构建方法，所述方法为：制备不同沟道的IGZO器件，通过干法转移技术将不同厚度的黑磷样品转移至制备好的IGZO器件沟道中，通过改变黑磷与IGZO的接触方式，制备不同结构的IGZO-黑磷异质结。
[0009] 在本发明的一种实施方式中，所述不同沟道的IGZO器件的制备方法包括以下步骤：
[0010] (1)制备掩膜版：制备一套掩膜版，其中用来制备IGZO沟道层的记为掩膜版I，用来在IGZO表面制备电极的记为掩膜版II；
[0012] (3)将步骤(1)中制备好的掩膜版I固定在处理好的衬底表面，固定好之后将整个衬底放置于磁控溅射腔体内，将腔室抽至真空度为10Pa以下，使用射频磁控溅射沉积有源层IGZO薄膜；
[0013] (4)将步骤(1)中制备好的掩膜版II在显微镜下对准压在沉积好的IGZO薄膜表面，即将需要镀电极的区域露出来，沟道区域挡住，然后整体放入磁控溅射或者热蒸镀腔体内，进行电极材料的制备，电极制备好之后，就构成了两边为电极，中间为沟道的IGZO器件。
[0014] 在本发明的一种实施方式中，步骤(1)中所述掩膜版I的沟道宽度为小于100um的任意规格。
[0015] 在本发明的一种实施方式中，步骤(1)中所述掩膜版I的沟道宽度为40um。
[0016] 在本发明的一种实施方式中，步骤(2)中所述衬底为SiO2/Si、SiOx/Si、La2O3/Si、Al2O3/Si、ITO、PET中的一种。
[0017] 在本发明的一种实施方式中，步骤(2)中所述衬底清洗的具体方法为：先将衬底放入丙酮溶液中，超声(频率为25KHZ)清洗5分钟，然后将衬底置于乙醇溶液中，同频率超声条件下清洗5分钟，之后在去离子水中同频率超声清洗5分钟，然后用氮气枪吹干，最后在加热平台上进行烘烤，350℃烘烤30分钟。
[0018] 在本发明的一种实施方式中，步骤(3)中所述射频磁控溅射沉积有源层IGZO薄膜的具体方法为：溅射IGZO时通入的氩气和氧气的气体流量分别为10mL/min和0.3mL/min，反应气压为400mPa，溅射功率为1.76W/cm2，溅射时间为3min。
[0019] 在本发明的一种实施方式中，步骤(3)中所述使用射频磁控溅射沉积的有源层IGZO薄膜的厚度为10nm-40nm。
[0020] 在本发明的一种实施方式中，步骤(3)中所述使用射频磁控溅射沉积的有源层IGZO薄膜的厚度为10nm。
[0021] 在本发明的一种实施方式中，步骤(4)中所述的源漏电极材料为磁控溅射的IZO、磁控溅射的ITO、热蒸镀或者电子束蒸镀制备的Au、Al、Cu金属中的一种。
[0022] 在本发明的一种实施方式中，步骤(4)中所述的源漏电极材料为磁控溅射的IZO时，沉积电极IZO的方法为：通入气体流量为10mL/min的氩气，反应气压400mPa，溅射功率为1.76W/cm2，溅射时间为10min；源漏极IZO薄膜的厚度为100nm。
[0023] 在本发明的一种实施方式中，步骤(4)中所述的源漏电极材料为磁控溅射的ITO时，溅射电极ITO的方法为：通入氧气的气体流量分别为0.5mL/min，反应气压为50mPa，溅射2
功率为1.76W/cm，溅射时间为5min；源漏极ITO薄膜的厚度为100nm。
功率为1.76W/cm，溅射时间为5min；源漏极ITO薄膜的厚度为100nm。
[0024] 在本发明的一种实施方式中，步骤(4)中所述的源漏电极材料为电子束蒸镀制备的Au、Al、Cu等金属时，所用的蒸镀电流是60A，时间为5分钟，得到的电极材料厚度为100nm。
[0025] 在本发明的一种实施方式中，步骤(4)中所述的源漏电极材料为热蒸镀制备的Au、Al、Cu等金属时，所用的蒸镀电流是120A，时间为30分钟，得到的电极材料厚度为100nm。
[0026] 在发明的一种实施方式中，还需将步骤(4)中制备好的IGZO器件在氮气环境中500℃退火处理1小时，以提高器件性能。
[0027] 在本发明的一种实施方式中，所述不同结构IGZO-黑磷异质结的制备方法包括以下步骤：
[0028] (1)在衬底上制备黑磷样品，然后在光学显微镜下找到不同厚度的样品并标记好；
[0029] (2)将步骤(1)中衬底上的黑磷样品转移至制备好的IGZO器件沟道中，通过调控衬底和黑磷之间的相对位置，改变黑鳞和IGZO器件的接触方式和接触面积，得到不同结构的IGZO-黑磷异质结结构。
[0030] 在本发明的一种实施方式中，步骤(1)中所述的衬底为PDMS(聚二甲基硅氧烷)、PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PI(聚酰亚胺)等透明薄膜。
[0032] 在本发明的一种实施方式中，步骤(1)中所述黑磷样品的厚度为10nm-100nm。
[0033] 在本发明的一种实施方式中，步骤(1)中所述黑磷样品的厚度为40nm。
[0034] 在本发明的一种实施方式中，步骤(2)中所述改变黑磷与IGZO器件的接触方式，制备不同结构的IGZO-黑磷异质结，包括以下四种结构：
[0035] (1)选择尺寸大于IGZO器件沟道长度的黑磷样品，转移至器件表面，黑磷样品横跨于IGZO沟道两端，命名为类型I；
[0036] (2)选择尺寸小于IGZO器件沟道长度的黑磷样品，转移至器件表面，黑磷样品只覆盖于IGZO沟道中，不与源漏电极接触，命名为类型II；
[0037] (3)制备绝缘层氮化硼样品，在显微镜下挑选厚度为10nm以下、尺寸不同的样品；选择尺寸大于IGZO器件沟道长度的氮化硼样品，先转移至器件沟道两端，然后再转移黑磷样品在其表面，即隔离了黑磷样品与IGZO的直接接触，命名为类型III。
[0038] (4)选择步骤(3)中制备的尺寸正好等于IGZO器件沟道长度的氮化硼样品，将其转移至器件沟道两端，即只与沟道中IGZO接触，不与源漏电极接触，然后选择尺寸大于IGZO沟道的黑磷样品，转移至该结构表面，在该类器件中，黑磷样品只与IGZO器件两端的源漏电极接触，并不与沟道中的IGZO接触，命名为类型Ⅳ。
[0039] 在本发明的一种实施方式中，制备氮化硼样品的方法为利用微机械剥离法在PDMS衬底上制备绝缘层氮化硼样品。
[0040] 本发明的第二个目的是通过构建上述不同结构的IGZO-黑磷异质结，实现IGZO器件光电流的调控。
[0041] 本发明的第三个目的是提供上述构建方法制得的IGZO-黑磷异质结。
[0042] 本发明的第四个目的是提供上述IGZO-黑磷异质结在薄膜晶体管、显示技术、柔性可穿戴电子技术以及新型传感技术中的应用。
[0043] 本发明的有益效果：
[0044] (1)本发明基于二维材料黑磷，通过构建不同结构的IGZO-黑磷异质结，实现对IGZO器件进行光电流调控，相对传统的改变电极、改变IGZO形貌及器件结构等方法，该发明的制备过程操作简单，且在IGZO器件沟道中直接贴合黑磷、氮化硼等材料，没有二次溅射或蒸镀，不会对样品引入缺陷或者造成二次损伤。
[0045] (2)本发明利用本征黑磷的P型掺杂特性和IGZO的N型掺杂特性，制备垂直的P-N异质结构，通过两种材料本征掺杂浓度的不同制备PN结，工艺简单、普适性高、可重复性强。黑磷采用10nm以上的厚度，形成的PN结构稳定性强。
[0047] (4)本发明中通过改变黑磷样品与IGZO沟道的接触方式，同时利用黑磷样品在近红外波段的吸收，实现IGZO在不同波段激光下光电流强度和响应时间的有效调控，同时通过改变黑磷样品与IGZO沟道的接触方式，能够实现光电流强度完全消失、减小、增大。
[0048] (5)本发明中IGZO器件通过掩膜版设计，黑磷样品通过干法转移技术进行，操作简单，重复性强，容易实现大面积、多器件的集成。
[0050] 图1为实施例1中制备的不同沟道宽度IGZO器件的示意图；其中，图1(a)是磁控溅射IGZO的掩膜版示意图，方框部分是IGZO区域图，图1(b)是磁控溅射电极IZO的掩膜版示意图，图1(c)是通过两次磁控溅射之后得到的IGZO器件实物图，图1(d)是制备的IGZO器件的光学显微镜图像(10x镜头下)。
[0051] 图2为IGZO、黑磷和IGZO/氮化硼/黑磷异质结的制备过程示意图；其中，图2(a)从左到右依次是利用PDMS转移黑磷样品到IGZO器件沟道的流程图，图2(b)沿箭头方向首先是通过PDMS转移氮化硼样品到IGZO器件沟道，然后再转移黑磷样品到已经贴有氮化硼的IGZO器件表面。
[0052] 图3为实施例1中不同的异质结结构的光学显微镜、拉曼和AFM表征。
[0053] 图4为光电流测试中用到的激光光路的示意图。
[0054] 图5为实施例1中不同结构IGZO-黑磷异质结在447nm波长激光下光电性能的对比表征图；其中，图5(a)～(d)分别为类型I～类型IV的IGZO-黑磷异质结的光电性能表征。
[0055] 图6为实施例2中不同结构IGZO-黑磷异质结在447nm波长激光下光电性能的对比表征图；其中，图6(a)为类型I的IGZO-黑磷异质结的光电性能表征，图6(b)为类型III的IGZO黑磷异质结的光电性能表征。
[0056] 图7为实施例3中不同结构IGZO-黑磷异质结在447nm波长激光下光电性能的对比表征图；其中，图7(a)为类型I的IGZO-黑磷异质结的光电性能表征，图7(b)为类型III的IGZO-黑磷异质结的光电性能表征。
[0057] 图8为实施例4中不同结构IGZO-黑磷异质结在447nm波长激光下光电性能的对比表征图；其中，图8(a)和图8(b)为厚度为5nm的黑磷构造的两种类型异质结的光电性能表征，图8(c)和8(d)为厚度为10nm的黑磷构造的两种类型异质结的光电性能表征。
具体实施方式
[0058] 实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
[0059] 实施例1
[0060] 基于图1利用掩膜版制备IGZO器件，制备过程包括以下步骤：
[0061] (1)制备掩膜版：根据实验需要画好掩膜版(如图1(a)和(b))，本实施例中用到的是一套掩膜版，其中一种用来制备IGZO沟道层(掩膜版I)，另一种用来在IGZO表面制备电极(掩膜版II)，掩膜版I的沟道宽度为40um，找掩膜版制备厂商进行加工(本实施例中所找的厂商是微纳科研实验器材公司)，为保证掩膜版的平整性和较薄的厚度，所用的原始材质是厚度为3mm的不锈钢板；
[0062] (2)衬底清洗：本实施例采用镀有300nm二氧化硅层的硅片作为衬底，将衬底分别依次放入丙酮、乙醇、去离子水中超声清洗各5分钟，以去除表面有机物，超声频率为25KHz，之后用氮气枪吹干，最后在加热平台上进行350℃、30分钟的烘烤，以去除丙酮、乙醇等残留物；
[0063] (3)利用夹具将不锈钢掩膜版固定在预先切好的和掩膜版大小相同的衬底表面，通过控制夹具，使掩膜版与衬底接触紧密，避免磁控溅射过程沟道中有渗进去的IGZO；利用磁控溅射方法沉积IGZO，将固定好掩膜版的衬底放入磁控溅射腔体内，抽真空至10Pa以下，然后通入氩气和氧气，其流量分别为10mL/min和0.3mL/min，反应气压为400mPa，溅射功率2
为1.76W/cm，溅射时间为3min；制备出厚度为10nm、宽度为40um的IGZO沟道；
为1.76W/cm，溅射时间为3min；制备出厚度为10nm、宽度为40um的IGZO沟道；
[0064] (4)制备电极：本实施例中IGZO器件的电极材料使用磁控溅射方法制备的IZO，首先将电极掩膜版在显微镜下贴合到已经镀好IGZO的衬底上，夹具夹好，放入磁控溅射腔体内，抽真空至10Pa以下，然后通入气体流量为10mL/min的氩气，反应气压400mPa，溅射功率2
为1.76W/cm ，溅射时间为10min；制备出厚度为100nm IZO源漏电极的晶体管器件，器件整体形貌如图1(c)所示，微观形貌如图1(d)所示；
为1.76W/cm ，溅射时间为10min；制备出厚度为100nm IZO源漏电极的晶体管器件，器件整体形貌如图1(c)所示，微观形貌如图1(d)所示；
[0065] (5)器件处理：为提高器件性能将步骤(4)中制备好的结构在氮气环境中500℃退火处理1小时。
[0066] 基于图2制备不同结构的黑磷-IGZO异质，制备过程包括以下步骤：
[0067] (1)制备黑磷样品：黑磷样品通过机械剥离法制备，具体步骤为：先用3M胶带在黑磷晶体表面粘部分样品，然后胶带之间互相对撕，重复十次左右待留在胶带上的样品显示灰色时，将胶带贴于PDMS衬底表面，静置半小时后揭起胶带，衬底表面留下不同厚度的黑磷样品。所用的PDMS衬底是自行配置的，配置时首先将道康宁SYLGARD 184硅橡胶与固化剂按10:1重量比混合，搅拌均匀，待气泡全部消失，然后冰箱冷藏状态下(4℃)静置48小时，凝固成的透明薄膜。
[0068] (2)制备黑磷-IGZO异质结样品(类型I)：利用干法转移制备黑磷-IGZO异质结，首先在光学显微镜下找到IGZO器件，定位到沟道两端，然后将贴有较大尺寸(大于器件沟道宽度)黑磷的PDMS衬底固定到玻璃衬底上，利用三维平移台在显微镜下定位好需要转移的黑磷样品；最后逐渐垂直上移IGZO器件，直至黑磷完全贴合到沟道两端，形成图3(a)所示的结构；
[0069] (3)制备黑磷-IGZO异质结样品(类型II)：首先在光学显微镜下找到IGZO器件，定位到沟道中间，然后将贴有较小尺寸(小于器件沟道宽度)黑磷的PDMS衬底固定到玻璃衬底上，利用三维平移台在显微镜下定位好需要转移的黑磷样品；最后逐渐垂直上移IGZO器件，直至黑磷完全贴合到沟道中间，形成图3(b)所示的结构；
[0070] (4)制备黑磷-氮化硼-IGZO异质结样品(类型III)：第一步：首先光学显微镜下找到IGZO器件，定位到沟道两端，然后将贴有较大尺寸(大于器件沟道宽度)氮化硼的PDMS衬底固定到玻璃衬底上，利用三维平移台在显微镜下定位好需要转移的氮化硼样品，之后逐渐垂直上移IGZO器件，直至氮化硼完全贴合到沟道两端；第二步：首先在光学显微镜下找到第一步制备好的氮化硼-IGZO异质结构，然后将贴有黑磷样品的PDMS衬底固定到玻璃衬底上，利用三维平移台在显微镜下定位好需要转移的黑磷样品；最后逐渐垂直上移已经贴有氮化硼的IGZO器件，直至黑磷完全贴合到沟道中间，形成图3(c)所示的结构；
[0071] (5)制备黑磷-氮化硼-IGZO异质结样品(类型Ⅳ)：第一步：首先光学显微镜下找到IGZO器件，定位到沟道两端，然后将贴有特定尺寸(长度等于IGZO沟道宽度)氮化硼的PDMS衬底固定到玻璃衬底上，利用三维平移台在显微镜下定位好需要转移的氮化硼样品，之后逐渐垂直上移IGZO器件，直至氮化硼完全贴合到沟道两端；第二步：首先在光学显微镜下找到第一步制备好的氮化硼-IGZO异质结构，然后将贴有较大尺寸(长度大于IGZO沟道宽度)黑磷样品的PDMS衬底固定到玻璃衬底上，利用三维平移台在显微镜下定位好需要转移的黑磷样品；最后逐渐垂直上移已经贴有氮化硼的IGZO器件，直至黑磷完全贴合到沟道两边，形成图3(d)所示的结构。
[0072] 对上述不同的异质结构进行光学显微镜、拉曼和AFM表征：
[0073] 其中图3(a)～(d)图中最上排为四种不同异质结构的光学显微镜图像，即将样品放置于光学显微镜(LEICA DM2700)底下，在十倍镜头下聚焦清楚，然后通过显微镜的CCD成像，软件(LC3.0-U2)拍照，得到图形。
[0074] 通过AFM表征，可以看出所用黑磷样品的厚度均为40nm，如图3(a)到(d)中间一排所示，测试时是将样品置于AFM(布儒克Dimension Fastscan)探针下方，然后在半接触模式下进行扫描，得到表面形貌图，通过黑磷表面和衬底表面拉线，得到高低不同的两条线，线之间的高度即为黑磷样品的厚度。
[0075] 对样品进行拉曼表征，结果如图3(a)到(d)最下面一排所示，测试时将样品放置于拉曼光谱仪(Renishaw LabRAM Inviamicro)镜头底下，打开532nm的激光照射到样品表面，利用1800g/mm的光栅进行分光，通过光谱仪收集得到样品的拉曼信号。可以看出黑磷样品具有三个典型的拉曼峰，分别位于360cm-1，440cm-1和470cm-1处，对应的是黑磷内部结构中不同的振动模式。
[0076] 不同类型异质结的光电流性能表征：
[0077] 光电流测试用到的激光光路是自行搭建的，从激光器出来的激光通过反射镜、棱镜等的多次反射最后透过镜头打到需要测试的样品上，测试光路示意图如图4所示，采集光电流所用的是Keithley 2634测试源表。测试的具体方法如下：首先光路镜头下定位到单纯IGZO器件沟道中的某一点，通过与沟道两边的距离对该点进行定位；然后打开447nm的激光光源，将激光打到所定位的点上，利用斩波器控制激光的开关，采集光电流的变化；利用干法转移技术制备不同类型的黑磷-IGZO异质结构，黑磷或氮化硼不覆盖所定位的点；最后利用上述同样的测试方法测试转移异质结后同一点光电流的变化情况。
[0078] 表征结果如图5所示，结果显示，只有黑磷样品搭在IGZO器件沟道两端时(类型I)，原来IGZO同区域的光电流几乎完全消失(见图5(a))；当黑磷样品只是覆盖在沟道中，没有和两端电极接触时(类型II)，原来IGZO同区域的光电流只有小范围降低，并没有完全消失(见图5(b))；当先在IGZO器件沟道转移氮化硼薄膜，然后再转移黑磷样品，且黑磷样品全部贴到氮化硼表面时(类型III)，原来IGZO同区域的光电流大幅度增加(见图5(c))；当先在IGZO器件沟道转移氮化硼薄膜，然后再转移黑磷样品，但黑磷样品只与两边的电极接触时(类型IV)，原来IGZO同区域的光电流小幅度增强(见图5(d))。说明通过调控IGZO与黑磷之间的接触方式能够实现IGZO中光电流从消失到逐渐增大的变化，实现了光电流的调控。
[0079] 实施例2改变IGZO沟道宽度
[0080] 利用掩膜版制备IGZO器件：
[0081] (1)制备掩膜版：与实施例1中的掩膜版不同的是，本实施例中掩膜版I的沟道宽度为80um；材料及加工厂家均相同；
[0082] (2)～(5)：与实施例1中的(2)～(5)相同，制备出沟道宽度为80um的IGZO器件；制备不同结构的黑磷-IGZO异质：与实施例1中的制备方法相同，制备出四种类型的黑磷-IGZO异质。
[0083] 不同类型异质结(类型I和类型III)光电流性能的表征：利用实施例1中的测试方法测试光电流。
[0084] 测试结果如图6：类型I中，即黑磷覆盖于沟道两端电极后，原始IGZO中的光电流有所下降，但下降的幅度并不大(见图6(a))；类型III中，即当先在IGZO器件沟道转移氮化硼薄膜，然后再转移黑磷样品，且黑磷样品全部贴到氮化硼表面时，原始IGZO中的光电流有所增加，但增加的幅度并不大(见图6(b))。与实施例1中同样类型的异质结构对比，发现该沟道宽度的IGZO光电流的调控效果并不是很好。
[0085] 实施例3改变IGZO沟道厚度
[0086] (1)～(2)：与实施例1中的(1)～(2)相同；
[0087] (3)利用夹具将不锈钢掩膜版固定在预先切好的和掩膜版大小相同的衬底表面，通过控制夹具，使掩膜版与衬底接触紧密，避免磁控溅射过程沟道中有渗进去的IGZO；利用磁控溅射方法沉积IGZO，将固定好掩膜版的衬底放入磁控溅射腔体内，抽真空至10Pa以下，然后通入氩气和氧气，其流量分别为10mL/min和0.3mL/min，反应气压为400mPa，溅射功率为1.76W/cm2，溅射时间为12min；制备出40nm IGZO沟道；
[0088] (4)～(5)：与实施例1中的相同。
[0089] 制备不同结构的黑磷-IGZO异质结：与实施例1中的制备方法相同，制备出类型I和类型III的黑磷-IGZO异质结结构。
[0090] 不同类型异质结光电流性能的表征：利用实施例1中的测试方法测试光电流。
[0091] 测试结果如图7所示，40nm厚度IGZO的原始光电流效果并不好，噪音较大，类型I异质结中，光电流虽然有点下降，如图7(a)所示，但并不能完全消失；而类型III异质结中，光电流几乎没有增加(见图7(b))。可见对于40nm厚度的IGZO器件，异质结构并不能有效地对其光电流进行调控。
[0092] 实施例4改变黑磷的厚度
[0093] (1)～(5)：与实施例1中的相同；
[0094] 制备黑磷-IGZO异质结：与实施例1中的制备方法相同，制备黑磷厚度为5nm和10nm的类型II和类型III异质结。
[0095] 不同类型异质结光电流性能的表征：利用实施例1中的测试方法测试光电流。
[0096] 测试结果如图8，图8(a)和8(b)是厚度为5nm的黑磷构造的两种类型异质结，类型I和类型III，从结果可以看出，构筑异质结后，IGZO的光电流基本没有变化；图8(c)和8(d)是厚度为10nm的黑磷构造的两种类型异质结，类型I和类型III，从结果可以看出，调控效果和40nm黑磷(图3)的效果类似。表明小于10nm厚度的黑磷并不能实现对IGZO光电流的调控。
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