[發(fā)明專利]一種基于石墨烯場(chǎng)效應(yīng)管的微區(qū)加熱方法及結(jié)構(gòu)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410114348.3
• 申請(qǐng)日: 2014-03-25
• 公開（公告）號(hào): CN103839835A
• 公開（公告）日: 2014-06-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王慧山;王浩敏;孫秋娟;劉曉宇;謝紅;陳吉;吳天如;張學(xué)富;鄧聯(lián)文;謝曉明
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所
• 主分類號(hào): H01L21/336
• 分類號(hào): H01L21/336;B82Y40/00
• 代理公司: 上海光華專利事務(wù)所 31219
• 代理人: 李儀萍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，涉及特別是涉及一種基于石墨烯場(chǎng)效應(yīng)管的微區(qū)加熱方法及結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

自從2004年曼徹斯特大學(xué)的Novoselov和Geim小組發(fā)現(xiàn)了單層石墨以來[K.S.Novoselov,A.K.Geim,S.V.Morozov,D.Jiang,Y.Zhang,S.V.Dubonos,I.V.Grigorieva,and?A.A.Firsov,Electric?Field?Effect?in?Atomically?Thin?Carbon?Films,Science306,666(2004)]，石墨烯的研究引起了人們的廣泛關(guān)注。石墨烯具有其他碳家族成員所不具備的獨(dú)特的物理特性，如反常整數(shù)量子霍爾效應(yīng)，本征石墨烯的有限電導(dǎo)，以及普適光電導(dǎo)等。利用這些有趣的物理特性，石墨烯可以用于新型晶體管器件的設(shè)計(jì)。

常用的加熱方法是基于光學(xué)來加熱部件，包括激光加熱或者電子束加熱。所謂激光加熱利用連續(xù)激光器產(chǎn)生的激光，經(jīng)過聚焦產(chǎn)生高溫射束照射待加熱部件，使部件局部表面瞬間達(dá)到所需溫度。而電子束加熱利用高溫運(yùn)動(dòng)的電子轟擊待加熱部件的表面，使很高的動(dòng)能迅速轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽瑥亩共考植垦杆偬岣叩剿璧臏囟取５牵@兩種方法所使用的儀器龐大、操作也復(fù)雜，而且光斑的大小經(jīng)常會(huì)使加熱區(qū)域的尺寸不可控。

隨著大規(guī)模化學(xué)氣相沉積（CVD）制備石墨的方法不斷進(jìn)步，制備層數(shù)可控、均勻性較好的石墨烯已經(jīng)成為可能。基于石墨烯的場(chǎng)效應(yīng)管的電學(xué)性能已經(jīng)被研究的很廣泛，但是基于石墨烯場(chǎng)效應(yīng)管的熱性能還未有人研究過，本申請(qǐng)所要保護(hù)的是基于石墨烯場(chǎng)效應(yīng)管的微區(qū)加熱方法及結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)為金屬電極-石墨烯-襯底，通過調(diào)節(jié)背柵電壓來實(shí)現(xiàn)石墨烯不同溫度的加熱。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種基于石墨烯場(chǎng)效應(yīng)管的微區(qū)即熱方法及結(jié)構(gòu)，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中微材料、微結(jié)構(gòu)難以微區(qū)加熱的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種基于石墨烯場(chǎng)效應(yīng)管的微區(qū)加熱方法，所述基于石墨烯場(chǎng)效應(yīng)管的微區(qū)加熱方法至少包括步驟：

1）制備基于石墨烯的場(chǎng)效應(yīng)管，所述石墨烯具有窄邊微區(qū)結(jié)構(gòu)，所述場(chǎng)效應(yīng)管的背面設(shè)置有背柵；

2）在所述石墨烯兩端的電極之間加電壓源或電流源，通過調(diào)節(jié)背柵電壓來調(diào)制所述窄邊微區(qū)結(jié)構(gòu)的電阻，從而實(shí)現(xiàn)窄邊微區(qū)結(jié)構(gòu)的高溫加熱；所述加熱的溫度范圍為100～1200℃。

作為本發(fā)明基于石墨烯場(chǎng)效應(yīng)管的微區(qū)加方法的一種優(yōu)化的方案，制備基于石墨烯的場(chǎng)效應(yīng)管的步驟至少包括：

1-1）提供一目標(biāo)襯底；

1-2）將制備的石墨烯轉(zhuǎn)移到所述目標(biāo)襯底的表面；

1-3）在所述石墨烯上依次旋涂第一光刻膠和第二光刻膠，對(duì)所述第一光刻膠進(jìn)行曝光顯影之后，對(duì)所述第二光刻膠進(jìn)行顯影以暴露石墨烯表面，所述第一光刻膠和第二光刻膠形成T型結(jié)構(gòu)，在暴露的石墨烯表面沉積金屬層，形成電極；

1-4）采用電子束曝光工藝圖形化所述石墨烯，并通過氧化刻蝕工藝刻蝕所述石墨烯，從而形成具有窄邊微區(qū)結(jié)構(gòu)的石墨烯薄膜。

1-5）在所述目標(biāo)襯底的背面沉積金屬層形成背柵。

作為本發(fā)明基于石墨烯場(chǎng)效應(yīng)管的微區(qū)加方法的一種優(yōu)化的方案，所述步驟1-2）中制備石墨烯的步驟為：

1-2-1）提供一生長襯底，對(duì)所述生長襯底進(jìn)行拋光處理，并對(duì)所述生長襯底進(jìn)行清洗；

1-2-2）將所述生長襯底置于反應(yīng)腔中，對(duì)所述反應(yīng)腔進(jìn)行抽真空后通入H2氣并升溫至一定溫度，然后對(duì)所述生長襯底進(jìn)行等離子體預(yù)處理；

1-2-3）保持通入H2氣并通入CH4，采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法于所述生長襯底表面生長石墨烯薄膜。

作為本發(fā)明基于石墨烯場(chǎng)效應(yīng)管的微區(qū)加方法的一種優(yōu)化的方案，所述窄邊微區(qū)結(jié)構(gòu)的尺寸設(shè)置為50～200nm。

作為本發(fā)明基于石墨烯場(chǎng)效應(yīng)管的微區(qū)加方法的一種優(yōu)化的方案，所述石墨烯為規(guī)則且對(duì)稱的圖形。

作為本發(fā)明基于石墨烯場(chǎng)效應(yīng)管的微區(qū)加方法的一種優(yōu)化的方案，所述石墨烯的圖形形狀為蛇型、啞鈴型或鏤空型。

作為本發(fā)明基于石墨烯場(chǎng)效應(yīng)管的微區(qū)加方法的一種優(yōu)化的方案，在所述石墨烯兩端施加的電流范圍為I，0＜I≤0.2mA。

本發(fā)明還提供一種基于石墨烯場(chǎng)效應(yīng)管的微區(qū)加熱結(jié)構(gòu)，所述基于石墨烯場(chǎng)效應(yīng)管的微區(qū)加熱結(jié)構(gòu)至少包括：基于石墨烯的場(chǎng)效應(yīng)管，所述石墨烯具有窄邊微區(qū)結(jié)構(gòu)。