[發明專利]一種橫向石墨烯PIN結的制備方法

有效

• 申請號: 201310208416.8
• 申請日: 2013-05-30
• 公開（公告）號: CN103280397A
• 公開（公告）日: 2013-09-04
• 發明（設計）人: 馮志紅;蔚翠;王俊龍;李佳;劉慶彬;何澤召
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第十三研究所
• 主分類號: H01L21/04
• 分類號: H01L21/04
• 代理公司: 石家莊國為知識產權事務所 13120
• 代理人: 陸林生

技術領域

本發明是屬于半導體器件及薄膜晶體生長領域。

背景技術

石墨烯是一種具有理想二維晶體結構的碳質新材料，是由單層碳原子緊密堆積成的二維蜂窩狀晶體。電子在石墨烯蜂巢狀結構中傳輸滿足Dirac方程，載流子無靜止質量，運動速度很高，其傳導速率為5×10⁵?ms^-1，載流子遷移率大于100,000?cm²V^-1s^-1，是目前已知導電性能最出色的材料，在微電子領域具有巨大的應用潛力。對于硅基電路，摻雜是實現各種功能器件的基礎。對于石墨烯基光電子器件的應用，例如光電探測器，需要實現石墨烯PIN結的制備和精確控制。二維石墨烯材料的摻雜控制是目前存在的難題，特別是石墨烯PIN結的實現困難。

發明內容

本發明提供了一種橫向石墨烯PIN結的制備方法，目前石墨烯PIN結制備尚屬空白，該方法實現了石墨烯PIN結的可控制備，且工藝簡單、易實現。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：一種橫向石墨烯PIN結的制備方法，包括如下步驟：

第一步，在襯底上制備底層石墨烯，所述底層石墨烯的摻雜類型為n型或p型；

第二步，將上述底層石墨烯光刻，并氧等離子刻蝕，保留需要區域的底層石墨烯，去除其它區域的底層石墨烯；

第三步，在上述第二步得到樣品中底層石墨烯上需要作為原摻雜類型區域上沉積遮擋層；

第四步，將與上述第三步得到的樣品中底層石墨烯摻雜類型不同的轉移石墨烯轉移到樣品的表面；

第五步，腐蝕去除所述遮擋層及遮擋層上的轉移石墨烯，得到橫向石墨烯PIN結。

所述遮擋層為Si₃N₄或SiO₂或Au或Al或Ti。

所述襯底為SiC、Si、SiO₂、玻璃或柔性襯底。

上述第一步中采用SiC熱解法在SiC襯底上制備底層石墨烯或采用CVD法在襯底上生長底層石墨烯或將CVD法生長的底層石墨烯轉移到Si、SiO₂、玻璃或柔性襯底。

上述第二步中通過光刻將需要保留區域的底層石墨烯保留，其它區域的石墨烯采用氧等離子體刻蝕去除。

采用上述技術方案取得的技術進步為：本發明通過光刻技術、轉移技術等實現了橫向石墨烯PIN結的可控制備，填補了PIN結制備技術的空白；本制備方法中石墨烯PIN結中材料的摻雜濃度、層厚度、大小尺寸等容易控制，且所用工藝簡單，易實現。利用本發明制備的橫向石墨烯PIN結可應用于制備石墨烯光電探測器等功能器件，提高器件的性能。

附圖說明

圖1為利用本發明制備的實施例1的制備流程圖；

圖2為利用本發明制備的實施例3的制備流程圖。

具體實施方式

實施例1

由圖1所示的流程圖可知，實施例1的制備步驟為：

第一步，采用SiC熱解法在SiC襯底上生長底層石墨烯，所述底層石墨烯的摻雜類型為n型，摻雜濃度為10¹²-10¹⁴?cm^-2可控。

第二步，利用光刻將上述底層石墨烯上需要保留n型摻雜的區域保留，其他區域采用氧等離子體刻蝕去除；需要保留n型摻雜的區域就是要作為N區和I區的區域，去除的區域就是要作為P區的區域。

第三步，在上述第二步得到的樣品中的底層石墨烯中需要作為n型的區域上沉淀Si₃N₄遮擋層。

第四步，將CVD法生長的p型轉移石墨烯轉移到第三步得到的樣品上，此時，遮擋層、裸露的n型底層石墨烯和裸露的SiC襯底的表面均被p型轉移石墨烯覆蓋。

第五步，腐蝕去除Si₃N₄遮擋層及遮擋層上的p型轉移石墨烯，得到橫向石墨烯PIN結：底層石墨烯構成N區，轉移石墨烯構成P區，兩者相交的區域構成I區。

所述底層石墨烯和轉移石墨烯的層數都在1-5層之間，這樣，本征石墨烯I區的層數就位于2-10之間。

實施例2

與實施例1不同的是，實施例2的制備步驟為：