[發明專利]一種石墨烯場效應器件制備方法

有效

• 申請號: 201210425691.0
• 申請日: 2012-10-30
• 公開（公告）號: CN102915929A
• 公開（公告）日: 2013-02-06
• 發明（設計）人: 王浩敏;謝紅;劉曉宇;張有為;陳志鎣;于廣輝;謝曉明
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海微系統與信息技術研究所
• 主分類號: H01L21/336
• 分類號: H01L21/336;H01L21/28;H01L21/8232
• 代理公司: 上海光華專利事務所 31219
• 代理人: 李儀萍

技術領域

本發明涉及半導體技術領域，特別涉及一種石墨烯場效應管器件的制備方法。

背景技術

隨著計算機技術、互聯網以及新型大眾電子產品的高速發展，微型化，低成本，低功耗及高運行速度已經成為集成電路的發展趨勢。從而推動互補金屬氧化物半導體(Complementary?Metal?Oxide?Semiconductor，CMOS)制造工藝不斷地迅速發展，而隨著集成電路的集成度及其性能不斷提高的同時，其不斷縮小的特征尺寸也即將逼近摩爾定律預言的物理尺寸的極限，這將導致微電子器件及其電路的運行出現嚴重失真，電子波函數將會擴展到臨近的元件，傳統的器件設計及其分析方法將不再有效。因此半導體器件及其制造工藝的進一步發展正面臨著極大的挑戰。因而新的半導體材料的出現及器件集成工藝的改進將具有極其重要的意義。

石墨烯作為一種嶄新的具有嚴格二維晶格的性能優異的納米材料，因其具有獨特的物理結構及電學性能，已迅速成為國際新材料研究領域的熱點。具有單原子層厚度的石墨烯是迄今為止導電性最好的材料，電子在其中的運動速度達到了光速的1/300，遠遠超過了電子在一般導體中的運動速度。由于石墨烯具有優異的載流子傳輸特性，其載流子遷移率高達10000cm²/Vs，高于Si的10倍，在將來極有可能取代Si，成為下一代集成電路的理想材料。與基于硅半導體材料的場效應管相比，石墨烯基場效應管具有更高的飽和速率，雙極場效應特性，高熱導率及臨界電流密度，在超高速射頻器件應用領域具有很大的潛力，預計其最高截止頻率將超過1THz。而傳統的CMOS制造工藝應用于石墨烯基器件時，在石墨烯上集成柵介質材料時，其制備工藝會在石墨烯晶格中引入缺陷，嚴重破壞單原子層石墨烯的晶格結構，降低載流子的遷移率導致器件性能降低。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種石墨烯場效應器件制備方法，用于解決現有技術中載流子遷移率低的問題。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種石墨烯場效應器件制備方法，該方法包括以下步驟：

1)提供一半導體襯底；

2)在該半導體襯底上制備柵電極；

3)在步驟2)獲得的結構上沉積具有高k介電常數的柵介質材料，形成柵介質層；

4)刻蝕所述柵介質層形成所需的圖形；露出部分柵電極；

5)將制備好的石墨烯轉移到步驟4)之后獲得的結構上；

6)刻蝕所述石墨烯形成預設圖形；該預設圖形覆蓋步驟4)中刻蝕所述柵介質層形成所需的圖形，同樣也露出該部分柵電極；

7)生長形成源漏電極。

優選地，所述步驟5)中制備好的石墨烯采用如下方法制備：

a．提供一襯底；

b．在該襯底上沉積石墨烯；形成石墨烯層；

c．在該石墨烯層上均勻涂覆聚合物膠；

d．將步驟c后獲得的結構放入FeCl₃溶液中腐蝕掉襯底；僅保留聚合物膠及附著在上面的石墨烯；

e.將所述的石墨烯轉移步驟4)之后獲得的結構上并去除該聚合物膠。

優選地，所述步驟a中的襯底為拋光的Cu或Ni片。

優選地，所述步驟b中的沉積方法為化學氣氣相沉積法。

優選地，所述步驟6)中刻蝕所述石墨烯形成預設圖形是通過光刻定義石墨烯器件陣列的有效區域，然后采用離子束刻蝕方法刻蝕掉有效區域外的石墨烯，剩下石墨烯導電溝道陣列。

優選地，所述步驟3)中的柵介質層為Al₂O₃薄膜。

優選地，所述Al₂O₃薄膜的厚度為厚度為5-50nm。

優選地，所述步驟1)中的襯底材料為Si、SiO₂、SiO₂/Si或者GaAs中的任意一種。

優選地，所述步驟2)中所述的柵電極為單柵、雙柵或多柵結構。