[發(fā)明專(zhuān)利]一種石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管及其制備方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210032906.2
• 申請(qǐng)日: 2012-02-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103258849A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-08-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬中發(fā);莊弈琪;吳勇;張鵬;張策;包軍林
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H01L29/78
• 分類(lèi)號(hào): H01L29/78;H01L29/423;H01L21/336
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及場(chǎng)效應(yīng)晶體管技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管及其制備方法。

背景技術(shù)

采用SiO₂作為柵介質(zhì)時(shí)，石墨烯溝道薄膜的性能遠(yuǎn)不如其本征狀態(tài)時(shí)。而采用懸空結(jié)構(gòu)的石墨烯溝道場(chǎng)效應(yīng)器件的性能上卻有了明顯的提高，然而這種懸空結(jié)構(gòu)使得器件結(jié)構(gòu)和功能性都受到嚴(yán)重的限制，無(wú)法實(shí)際應(yīng)用。

實(shí)現(xiàn)接近于懸空石墨烯樣品質(zhì)量的有襯底支撐的幾何結(jié)構(gòu)是未來(lái)石墨烯器件結(jié)構(gòu)的重要研究方向。機(jī)械剝離并轉(zhuǎn)移到單晶h-BN襯底上的石墨烯薄膜在不同溫度和磁場(chǎng)中的輸運(yùn)特性，與基石墨烯器件相比，表現(xiàn)出更高的遷移率和更好的載流子分布均勻性，并且有效抑制了作襯底時(shí)的本征摻雜問(wèn)題。在襯底上，石墨烯中的載流子遷移率主要受到界面態(tài)、雜質(zhì)、表面懸掛鍵和表面光學(xué)聲子的限制。同時(shí)，這些界面態(tài)、雜質(zhì)和懸掛鍵會(huì)導(dǎo)致石墨烯薄膜在Dirac點(diǎn)附近出現(xiàn)二維電子氣的非均勻分布以及摻雜效應(yīng)，從而破壞Dirac點(diǎn)附近的電中性。同樣的，采用其它與類(lèi)似的氧化物作柵介質(zhì)時(shí)，也有著相同的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管及其制備方法，該石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管的特性好。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于，包括襯底、石墨烯溝道層、h-BN材質(zhì)的底柵介質(zhì)層、h-BN材質(zhì)的頂柵介質(zhì)層、源電極、漏電極和頂柵電極，所述頂柵介質(zhì)層和底柵介質(zhì)層分別位于石墨烯溝道層的上方和下方，襯底位于底柵介質(zhì)層的下方，源電極和漏電極分別位于石墨烯溝道層的兩端，頂柵電極位于頂柵介質(zhì)層上。

在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，構(gòu)成頂柵電極的材料為T(mén)i/Au。

在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，構(gòu)成源電極、漏電極的材料為Cr/Au。

在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，構(gòu)成石墨烯溝道層的材料為單層或雙層石墨烯。

一種石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)提供可支撐該器件結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電型襯底；

(2)將一片h-BN片轉(zhuǎn)移至襯底上，得到h-BN材質(zhì)的底柵介質(zhì)層；

(3)得到一面帶有PMMA的石墨烯片；

(4)使石墨烯片未帶PMMA的一面與h-BN材質(zhì)的底柵介質(zhì)層對(duì)準(zhǔn)并使它們粘合在一起；

(5)將石墨烯片上的PMMA溶解，得到石墨烯溝道層；

(6)在石墨烯溝道層的兩端用標(biāo)準(zhǔn)的電子束光刻定義源和漏的電極，然后用熱蒸發(fā)淀積Cr/Au，得到源電極和漏電極；

(7)然后再往石墨烯溝道層的上方轉(zhuǎn)移一片h-BN，形成h-BN材質(zhì)的頂柵介質(zhì)層；

(8)在頂柵介質(zhì)層上用標(biāo)準(zhǔn)的電子束光刻定義柵電極，然后再蒸上Ti/Au形成頂柵電極。

在本發(fā)明中，在步驟(4)的操作時(shí)，在石墨烯片與h-BN材質(zhì)的底柵介質(zhì)層粘合時(shí)，將放有h-BN材質(zhì)的底柵介質(zhì)層的襯底加熱到110℃。

在本發(fā)明中，在步驟(3)的操作時(shí)，在另一襯底上先涂上一層水溶性層，再在其上涂上PMMA，然后將石墨烯片轉(zhuǎn)移在PMMA之上；再將其整個(gè)放于去離子水溶液中，水溶性層溶解后，該襯底沉入水底，而PMMA以及其上的石墨烯片將會(huì)漂浮在水面上，得到一面帶有PMMA的石墨烯片。

本發(fā)明采用h-BN作為柵介質(zhì)，來(lái)替代目前石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管中的SiO₂、HfO₂等氧化物，從而提升石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管的性能。由于h-BN的表面光學(xué)聲子模式比SiO₂中的相近模式的能量大兩倍，因此以h-BN作為柵介質(zhì)的石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管在高頻和強(qiáng)電場(chǎng)下的特性會(huì)比典型的以SiO₂作為柵介質(zhì)的石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管特性要好。

本發(fā)明的特點(diǎn)可參閱本案圖式及以下較好實(shí)施方式的詳細(xì)說(shuō)明而獲得清楚地了解。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管的示意圖。

圖2為石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管樣品器件的轉(zhuǎn)移特性曲線(xiàn)。

圖3為石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管樣品器件的頻率特性曲線(xiàn)示意圖(a)。

圖4為石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管樣品器件的頻率特性曲線(xiàn)示意圖(b)。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)一步闡述本發(fā)明。