[發(fā)明專利]硅襯底的三氧化二鋁柵介質(zhì)雙柵石墨烯晶體管及制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410060321.0
• 申請日: 2014-02-21
• 公開（公告）號: CN103811556A
• 公開（公告）日: 2014-05-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭輝;趙亞秋;張玉明;黃海栗;雷天民;胡彥飛
• 申請（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L29/51;H01L29/10;H01L21/336
• 代理公司: 陜西電子工業(yè)專利中心 61205
• 代理人: 王品華;朱紅星

1.一種硅襯底的三氧化二鋁柵介質(zhì)雙柵石墨烯晶體管，包括：石墨烯溝道（4）、電極、柵介質(zhì)層（5）、3C-SiC外延層（6）、碳化層（7）和Si襯底（8），其特征在于，石墨烯溝道（4）的兩側(cè)各設(shè)有一個(gè)柵電極（1），每個(gè)柵電極（1）與石墨烯溝道（4）之間各設(shè)有一層Al₂O₃柵介質(zhì)層（5），形成雙柵電極結(jié)構(gòu)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶體管，其特征在于每個(gè)柵電極（1）與石墨烯溝道（4）之間的間隔為60-400nm。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶體管，其特征在于石墨烯溝道（4）的長度為40nm-4um，寬度為35-600nm。

4.一種硅襯底的三氧化二鋁柵介質(zhì)雙柵石墨烯晶體管的制備方法，包括以下步驟：

1）清洗：對Si樣片進(jìn)行清洗，以去除表面污染物；

2）生長碳化層：將清洗后的Si襯底基片放入化學(xué)氣相淀積CVD系統(tǒng)反應(yīng)室中，對反應(yīng)室抽真空達(dá)到10^-7mbar級別；在H₂保護(hù)下，使反應(yīng)室逐步升溫至900-1200℃，通入C₃H₈氣體，生長一層碳化層；

3）外延生長3C-SiC：對反應(yīng)室升溫至3C-SiC的生長溫度1200-1350℃，通入C₃H₈和SiH₄，進(jìn)行3C-SiC薄膜異質(zhì)外延生長，生長時(shí)間為30-60min，然后在H₂保護(hù)下逐步降溫至室溫，完成3C-SiC薄膜的生長；

4）淀積Al₂O₃：在外延生長的3C-SiC樣片表面利用原子層淀積ALD方法生長Al₂O₃薄膜，作為掩膜和柵介質(zhì)層；

5）光刻圖形：按照雙柵石墨烯晶體管的源極S、漏極D、導(dǎo)電溝道位置制作成第一張光刻版；在Al₂O₃薄膜表面旋涂一層光刻膠，再利用第一張光刻版，對光刻膠進(jìn)行電子束曝光，形成腐蝕窗口；使用腐蝕劑對腐蝕窗口處的Al₂O₃薄膜進(jìn)行腐蝕，露出SiC，得到與光刻板圖形相同的窗口；

6）連接裝置并加熱：將開窗后的樣片置于石英管中，并連接好由三口燒瓶、水浴鍋、電阻爐和石英管組成的反應(yīng)裝置，用電阻爐對石英管加熱至750-1150℃；

7）反應(yīng)生成碳膜：將裝有CCl₄液體的三口燒瓶加熱至60-80℃，再向三口燒瓶中通入流速為40-90ml/min的Ar氣，利用Ar氣攜帶CCl₄蒸汽進(jìn)入石英管中，使CCl₄與裸露的SiC反應(yīng)20-100min，生成碳膜；

8）退火形成石墨烯：將生成的碳膜樣片置于流速為20-100ml/min的Ar氣中，在溫度為900-1100℃下退火10-20min，使碳膜在窗口位置重構(gòu)成具有結(jié)構(gòu)圖形的石墨烯，即形成了石墨烯晶體管的源極、漏極和導(dǎo)電溝道；

9）開柵槽：將形成的石墨烯樣片上距導(dǎo)電溝道60-400nm處的兩側(cè)Al₂O₃刻蝕掉，形成雙柵槽；

10）淀積金屬接觸層：在開有柵槽的石墨烯樣片上用電子束蒸發(fā)的方法淀積金屬Pd/Au接觸層；

11）光刻金屬接觸層：按照雙柵、源、漏金屬電極位置制作第二張光刻版；將濃度為7%的聚甲基丙烯酸甲酯溶液PMMA旋涂于金屬層上，并用200℃烘烤80s，使其與金屬層緊密接觸；利用第二張光刻版，電子束曝光聚甲基丙烯酸甲酯PMMA，在聚甲基丙烯酸甲酯層上形成用以刻蝕金屬接觸層的掩膜圖形；再以氧氣作為反應(yīng)氣體，使用反應(yīng)離子刻蝕工藝，刻蝕金屬接觸層，形成雙柵石墨烯晶體管的雙柵、源、漏金屬電極；

12）獲得雙柵石墨烯晶體管：使用丙酮溶液浸泡制作好的樣片10min以去除聚甲基丙烯酸甲酯層，取出后烘干，獲得雙柵石墨烯晶體管。