[發(fā)明專(zhuān)利]一種提高碳基半導(dǎo)體器件遷移率的襯底處理方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310414069.4
• 申請(qǐng)日: 2013-09-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103456604A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-12-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 史敬元;金智;麻芃;張大勇;彭松昂
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院微電子研究所
• 主分類(lèi)號(hào): H01L21/02
• 分類(lèi)號(hào): H01L21/02
• 代理公司: 中科專(zhuān)利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 任巖

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及基于碳材料的半導(dǎo)體器件制備工藝，特別涉及一種提高碳基半導(dǎo)體器件遷移率的襯底處理方法，屬于納電子學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

以碳材料為基的納米電子學(xué)，尤其是以碳納米管(Carbon?Nanotube)和石墨烯(Graphene)為基的納米電子學(xué)，被認(rèn)為具有極大的應(yīng)用前景，極富潛力可替代硅基材料。自從1991年碳納米管和2004年石墨烯被成功研制以來(lái)，碳基電子學(xué)取得了巨大發(fā)展?；谔蓟碾娮訉W(xué)具有尺寸小、速度快、功耗低、工藝簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，受到人們?cè)絹?lái)越廣泛的關(guān)注。

對(duì)于碳基半導(dǎo)體器件而言，由于導(dǎo)電碳材料只有一個(gè)或幾個(gè)原子層厚度，所以其有一個(gè)重要的特點(diǎn)，即導(dǎo)電碳材料對(duì)與其接觸的表面，包括襯底表面和介質(zhì)表面，非常敏感;襯底表面狀況會(huì)顯著影響碳材料的表面態(tài)，在碳材料中引入新的散射機(jī)制，造成碳材料載流子遷移率的顯著下降和器件性能退化。

使用硅烷偶聯(lián)劑有機(jī)膜對(duì)原襯底進(jìn)行處理，鈍化、修飾襯底表面，減小了由于襯底表面極性散射、表面坑洼起伏、雜質(zhì)吸附等原因而造成的碳基材料性能下降，尤其是載流子遷移率的下降。并且通過(guò)調(diào)整硅烷偶聯(lián)劑的濃度配比、沉積時(shí)間等參數(shù)，能夠有效的調(diào)整硅烷有機(jī)膜層的厚度和表面粗糙度。同時(shí)硅烷偶聯(lián)劑易于脫水縮合，可以牢固的附著在多種類(lèi)型的襯底表面，并有較強(qiáng)的耐受性。這種新型的、簡(jiǎn)單的、襯底處理方法必將對(duì)碳基電子器件的發(fā)展起到重要作用。

發(fā)明內(nèi)容

(一)要解決的技術(shù)問(wèn)題

本發(fā)明的目的在于提供一種提高碳基半導(dǎo)體器件遷移率的襯底處理方法，以減小由于襯底表面極性散射和雜質(zhì)吸附給石墨烯場(chǎng)效應(yīng)器件所帶來(lái)的不良影響，增加器件載流子遷移率，提高器件性能。

(二)技術(shù)方案

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種提高碳基半導(dǎo)體器件遷移率的襯底處理方法，該方法是利用硅烷偶聯(lián)劑有機(jī)膜層來(lái)鈍化和修飾碳基半導(dǎo)體器件襯底表面，具體包括以下步驟:

步驟1:將清洗后的襯底放入烘箱內(nèi)120℃干燥處理20分鐘;

步驟2:配制硅烷偶聯(lián)劑溶液，利用有機(jī)溶劑溶解并稀釋硅烷偶聯(lián)劑，將要處理襯底浸入稀釋液中;

步驟3:在氮?dú)饣蛘呖諝猸h(huán)境下，將浸潤(rùn)后的襯底加熱至100℃～150℃，使硅烷偶聯(lián)劑單體于襯底表面發(fā)生脫水縮合反應(yīng)生成聚合體，從而在襯底表面形成硅烷偶聯(lián)劑有機(jī)膜層。

上述方案中，步驟2中所述溶解并稀釋硅烷偶聯(lián)劑的有機(jī)溶劑，對(duì)硅烷偶聯(lián)劑有稀釋作用，且不發(fā)生反應(yīng);所述硅烷偶聯(lián)劑與其稀釋液的配比為1:400-1:50(體積比)，襯底浸入稀釋液中的時(shí)間為1-10分鐘。所述溶解并稀釋硅烷偶聯(lián)劑的有機(jī)溶劑包括:甲苯、二甲苯、醋酸乙酯、丙酮、丁酮、各種醇類(lèi)或醇與水的混合溶液。

上述方案中，步驟2中所述的硅烷偶聯(lián)劑是單一硅烷偶聯(lián)劑，或者是兩種或多種含有不同功能基團(tuán)硅烷偶聯(lián)劑的混合體。所述的硅烷偶聯(lián)劑包括含有多種功能基團(tuán)的甲氧基或乙氧基硅烷。所述的多種功能基團(tuán)為氨基、乙烯基、苯基、環(huán)氧基、氟基、氯基或硝基。

上述方案中，步驟3中所述加熱的溫度越低，需要加熱的時(shí)間就越長(zhǎng)，加熱的溫度越高，需要加熱的時(shí)間就越短。加熱溫度大于或者等于100℃且小于150℃時(shí)，在該加熱溫度處恒溫保持20分鐘～40分鐘后，再自然冷卻至常溫。

上述方案中，步驟3中所述硅烷偶聯(lián)劑脫水縮合后在襯底表面形成的硅烷偶聯(lián)劑有機(jī)膜層為單分子層，厚度為3nm。

上述方案中，步驟3中所述對(duì)硅烷偶聯(lián)劑加熱脫水縮合，采用熱板加熱、烘箱加熱或管式爐加熱，加熱溫度在100-150攝氏度，脫水縮合時(shí)間在10-40分鐘。

上述方案中，步驟3中所述在襯底表面形成硅烷偶聯(lián)劑有機(jī)膜層之后，還包括:再將石墨烯薄膜或碳納米管轉(zhuǎn)移到襯底表面。

(三)有益效果

本發(fā)明提供的這種提高碳基半導(dǎo)體器件遷移率的襯底處理方法，由于使用經(jīng)過(guò)硅烷偶聯(lián)劑處理過(guò)表面的襯底，所以減小了由于襯底表面極性散射和雜質(zhì)吸附給石墨烯場(chǎng)效應(yīng)器件所帶來(lái)的不良影響，有效增加了器件載流子遷移率，提高了器件性能，為碳基高性能器件的實(shí)現(xiàn)提供了一個(gè)解決方案，滿(mǎn)足了碳基規(guī)?；呻娐返男枨?。具體而言，使用硅烷偶聯(lián)劑對(duì)襯底進(jìn)行表面處理，其主要優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在:

1、是用硅烷偶聯(lián)劑有機(jī)膜層來(lái)鈍化、修飾襯底表面，能減小由于襯底表面極性散射、表面坑洼起伏、雜質(zhì)吸附等原因而造成的碳基材料性能下降，尤其是載流子遷移率的下降

2、硅烷偶聯(lián)劑有有機(jī)膜層厚度可控，通過(guò)調(diào)整偶聯(lián)劑的配比濃度和襯底浸潤(rùn)沉積時(shí)間，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)膜層厚度和表面粗糙度的調(diào)控。