本發明屬于半導體，具體涉及一種基于組分和柵壓聯合調控的場效應晶體管及制備方法。
背景技術：
1、場效應晶體管在遙感、目標識別、氣體傳感、成像、自由空間光通信和其它重要領域的廣泛應用，對場效應晶體管的高性能需求，特別是對寬帶室溫工作的光電探測的需求，已經引起了研究人員的極大興趣。其中，二維半導體材料，包括各種過渡金屬二鹵代化合物和黑磷等材料，已被廣泛用于光子和電子應用。大多數半導體，如二硫化鉬和二硒化鎢的帶隙接近或大于1?ev，這限制了它們在可見光、近紅外和中波紅外光譜范圍內的光學應用。黑磷在薄膜（>10層）或體積形式上的帶隙為0.33?ev，可以覆蓋近紅外和部分中波長紅外（3-5μm）。在過去幾年中報道了關于紫外、可見、近紅外和中波紅外（高達3.4?μm）的各種研究，顯示了黑磷在寬帶光電應用中的潛力。將黑磷探測器的工作范圍擴展到更長的波長，將顯著提高其在各種應用中的光學功能，如熱成像和傳感。目前，在中波紅外中最常用的光電探測器應用材料是碲鎘汞。其通過控制成分具有可調的帶隙，以及對中波紅外的高吸收，是一個流行的選擇。然而，除了其毒性外，它的體積性質使其與其他光學結構和組件的集成具有挑戰性。
2、此外，鑒于層狀過渡金屬氧化物，如三氧化鉬、五氧化二釩和三氧化鎢可能存在由氧化物中的中中性氧空位引起的電流泄漏，尋找新的具有原子光滑表面、無懸掛鍵和高擊穿場強度的高介電常數介質，來實現更強的門控制和較低的操作電壓也是非常重要的。
技術實現思路
1、本發明的第一個目的在于，針對現有技術中的問題，提供一種基于組分和柵壓聯合調控的場效應晶體管。
2、為此，本發明的上述目的通過以下技術方案實現：
3、基于組分和柵壓聯合調控的場效應晶體管，其結構為：在本征低阻硅襯底上是二氧化硅層，在二氧化硅層上是源、漏金屬電極，源、漏電極為金屬復合電極，包括鉻電極和金電極，源、漏電極溝道填充的底層為鉍硒氧納米片，鉍硒氧納米片上為黑砷磷納米片和頂柵鉍硒氧納米片介質層，源、漏電極和柵電極與相應的引線電極相連用于連接外部測試電路。
4、在采用上述技術方案的同時，本發明還可以采用或者組合采用如下技術方案：
5、作為本發明的優選技術方案：?所述本征低阻硅襯底的電阻率為0.001~0.005ω·cm，厚度為500?μm；
6、所述二氧化硅層的厚度為300?nm；
7、所述鉍硒氧納米片的厚度為15?nm；
8、所述黑砷磷納米片的厚度為37?nm；
9、所述頂柵鉍硒氧納米片的厚度為20?nm。
10、作為本發明的優選技術方案：所述源、漏電極、柵電極為鉻和金復合電極，下層金屬為鉻，作為粘附層，厚度是5?nm，上層金屬為金，厚度是50?nm，源、漏電極整體大小為200μm×100?μm，柵極電極整體大小為100?μm×100?μm；引線電極，厚度為200~400?nm。
11、作為本發明的優選技術方案：在室溫下實現頂柵柵壓調控。
12、作為本發明的優選技術方案：在室溫下實現不同組分黑砷磷納米片b-asxp1-x的紅外響應，其中，x=0.2/0.3/0.4/0.5。
13、作為本發明的優選技術方案：黑砷磷納米片帶隙可調，砷濃度為83%，帶隙為~0.12ev，對中波紅外光具有良好的響應性。
14、作為本發明的優選技術方案：所述晶體管對可見光近紅外和中波紅外高性能探測，激光器經過光路聚焦，輸入控制信號使機械快門實現數據流傳輸，所述的晶體管作為信號接收器進行目標數據流傳輸，將光信號轉換為電信號，由前置放大器、鎖相放大器以及示波器收集讀取信號，最終在電腦端譯碼實現光電流采集，并且對于響應率、外量子效率、等效噪聲功率和歸一化探測率進行評估。
15、作為本發明的優選技術方案：所述晶體管對可見光近紅外和中波紅外高性能探測，激光器經過光路聚焦，輸入控制信號使機械快門實現數據流傳輸，所述的晶體管作為信號接收器進行目標數據流傳輸，將光信號轉換為電信號，由前置放大器、鎖相放大器以及示波器收集讀取信號，最終在電腦端譯碼實現光電流采集，并且對于響應率、外量子效率、等效噪聲功率和歸一化探測率進行評估。
16、本發明的第二個目的在于，針對現有技術中的問題，提供一種基于組分和柵壓聯合調控的場效應晶體管的制備方法。
17、為此，本發明的上述目的通過以下技術方案實現：
18、基于組分和柵壓聯合調控的場效應晶體管的制備方法，包括以下步驟：
19、步驟一，首先使用丙酮、異丙醇、乙醇和去離子水將覆蓋二氧化硅的硅襯底進行表面超聲清洗，通過精密切割技術將襯底切成0.8?cm×0.8?cm的樣品；
20、步驟二，使用熱板烘烤以及勻膠機勻膠涂覆，使光刻膠5350均勻附著在上述襯底上；
21、步驟三，結合使用紫外光刻、電子束蒸發法及傳統剝離工藝制備預先設計好的源、漏電極；
22、步驟四，通過轉移平臺微區定位方法，利用干法轉移技術，使用藍膠膠帶將底層的鉍硒氧納進行機械剝離，然后轉移到源漏電極溝道，進行編號定位標記；
23、步驟五，通過轉移平臺微區定位方法，利用干法轉移技術，使用藍膠膠帶將黑砷磷進行機械剝離，然后轉移到源漏電極上，進行編號定位標記；
24、步驟六，通過轉移平臺微區定位方法，利用干法轉移技術，使用藍膠膠帶將頂層鉍硒氧納進行機械剝離，然后作為黑砷磷的封裝層和頂柵介質層，進行編號定位標記；
25、步驟七，通過轉移平臺微區定位方法，利用干法轉移技術，使用藍膠膠帶將頂層鉍硒氧進行機械剝離，然后作為黑砷磷納米片的封裝層和頂柵介質層，進行編號定位標記；
26、步驟八，預先在硅襯底上準備好金電極，然后借助顯微鏡平臺使用探針沿著刻好的電極一端輕輕挑起，再將挑起的金電極轉移到頂柵鉍硒氧納米片上；
27、步驟九，將具有調控能力的黑砷磷場效應晶體管貼到pcb底座上，引線，封裝完成以制備復合結構的探測器件，用于在室溫下實現可見光近紅外以及中波紅外區域調控的超寬帶探測；
28、其中，步驟四、步驟五和步驟六中，利用原子力顯微鏡、掃描電子顯微鏡和能量色散x射線光譜對鉍硒氧和黑砷磷樣品微觀形貌進行表征。
29、與現有技術相比，本發明的基于組分和柵壓聯合調控的場效應晶體管及制備方法具有以下有益效果：通過鉍硒氧納米片封裝，兼具組分和柵壓聯合調控、鉍硒氧封裝的黑砷磷場效應晶體管，利用頂柵鉍硒氧介質層的高介電常數增強了柵極控制并降低了工作電壓，利用調整黑砷磷的組分和頂柵柵壓來優化器件在可見光、近紅外和中波紅外范圍內的光電性能，實現了低功耗、強調控能力、高響應率以及寬光譜探測能力；同時，成熟的器件制造工藝和簡化的器件結構有助于集成化和復雜應用的實現，擴大了創新半導體技術的應用潛力。
30、本發明的基于組分和柵壓聯合調控的場效應晶體管及制備方法，采用通過化學氣相沉積生長的具有載流子遷移率高、響應率高和窄帶隙的黑砷磷材料作為光敏導電溝道，其帶隙可以通過不同組分(b-asxp1-x,?x=0.2/0.3/0.4/0.5)進行調整(0.22?ev~0.28?ev)，并且通過轉移平臺微區定位方法，利用機械剝離法和干法轉移技術獲得黑砷磷米片；采用高介電常數材料鉍硒氧介質層用于頂柵調控，可提供原子級別的光滑表面，沒有懸空鍵，在二維光電子學中使用可以促進高載流子遷移率，增強柵極控制并降低工作電壓，以解決場效應晶體管開發中的此類關鍵問題。預先在硅襯底上準備好金電極，然后借助顯微鏡平臺使用探針沿著刻好的電極一端輕輕挑起，再將挑起的金電極轉移到頂柵鉍硒氧納米片上；通過這種方法，金電極和鉍硒氧納米片之間的接觸面是相對較好的，有效避免了光刻柵極電極可能造成的污染或表面缺陷，提高柵控效果。黑砷磷場效應晶體管工藝簡單，成本效益低。在組分和柵壓的聯合調控下響應率高、外量子效率高，等效噪聲功率并且歸一化探測率高，實現室溫下可見光近紅外及中波紅外探測，顯示了成熟的器件制造工藝和簡化的器件結構有助于集成化和復雜應用的實現，擴大了創新半導體技術的應用潛力。