[發明專利]一種利用二維金屬層厚度降低石墨烯電極接觸電阻的方法

有效

• 申請號: 201410389035.9
• 申請日: 2014-08-08
• 公開（公告）號: CN104157561B
• 公開（公告）日: 2017-01-18
• 發明（設計）人: 周鵬;楊松波;孫清清;張衛
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: H01L21/28
• 分類號: H01L21/28;H01L21/285
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司31200
• 代理人: 陸飛,盛志范

技術領域

本發明屬于碳基集成電路制造技術領域，具體涉及一種降低石墨烯電極接觸電阻的方法。

本方法新穎，方便簡單，通過這種方法可以有效地改善石墨烯電極的接觸電阻，提高石墨烯器件的性能。

背景技術

隨著石墨烯的發現，其有著優良的性能，石墨烯具有室溫下高速的電子遷移率200?000?cm²∕V·s、高的理論比表面積2600?m²/g、還具有高熱導率3000?W/m·K和出色的力學性能(高模量?1060GPa，高強度?130GPa)，可以作為器件電極和未來下一代半導體行業基礎材料。石墨烯（Graphene）是由單層六角元胞碳原子組成的蜂窩狀二維晶體，是石墨中的一層，圖1所示為石墨烯的基本結構示意圖。

正是由于石墨烯的高遷移率等性能，石墨烯被認為是一種潛在的未來場效應晶體管材料。然而，盡管石墨烯作為溝道的遷移率非常高，但由于在石墨烯與金屬電極之間的高電阻嚴重限制了高性能的石墨烯晶體管。許多報告已經表明，石墨烯與金屬的接觸電阻對于石墨烯器件的影響已經超過了石墨烯溝道遷移率的影響，如果不進行改良接觸電阻，石墨烯效應晶體管開通電流將受到非常大的影響，使得高遷移率的石墨烯也沒有任何意義。因此，控制石墨烯的接觸電阻對石墨烯器件有著非常重大的意義。

如何降價石墨烯器件的接觸電阻，許多研究已經得到，通過不同的金屬，得到金屬與石墨烯接觸的接觸電阻不同，其中金屬與石墨烯的接觸分為兩種，一種是化學吸附，另一種是物理吸附。其中化學接觸會破壞石墨烯的結構，使得石墨烯遷移率降低，而物理吸附對石墨烯破壞非常小，但物理吸附形成的接觸電阻比化學吸附大。本發明主要是石墨烯與金屬的物理接觸，形成石墨烯與金屬界面。通過調節淀積在石墨烯上的二維金屬層的厚度，從而來調節界面上的電荷轉移，在界面上形成偶極子和接觸勢壘，通過調節者界面接觸勢壘，來達到降低石墨烯接觸電阻的目的。這是一種有效和新穎的方法，將進一步推動石墨烯的應用和二維材料基集成電路的發展。

發明內容

本發明的目的在于提出一種新的有效地降低石墨烯接觸電阻的方法。

本發明提出的降低石墨烯接觸電阻的方法，其基本思路是通過調節二維金屬層的厚度，從而調節石墨烯與二維金屬層的接觸，有效地降低接觸勢壘，通過確定最佳的二維金屬層的厚度，來使石墨烯的接觸電阻最低。通過降低石墨烯電極的接觸電阻，從而有效地提高石墨烯器件的性能。

本發明提出的利用二維金屬層厚度來降低石墨烯電極接觸電阻的方法，具體步驟為：

（1）提供生長有石墨烯的樣品；

（2）利用物理氣相沉積的方法，在石墨烯上淀積0.1-5?nm不同厚度的超薄的二維金屬層；?

（3）通過原位紫外光電子能譜（UPS）測量不同厚度的二維金屬層-石墨烯接觸，分析和確定達到勢壘最低的厚度，即為二維金屬層的最優厚度d?(d為0.1-5?nm中某一值)；

（4）利用物理氣相沉積的方法，在石墨烯器件上淀積最優厚度d的二維金屬層；

（5）利用物理氣相沉積的方法，淀積20—200?nm厚度的金屬M，形成石墨烯/二維金屬層/金屬M的器件接觸結構。

本發明中，所述二維金屬層材料為鎳、鈦、鋁、鈀或鈷等。

本發明中，所述二維金屬層的最優厚度，可通過原位紫外光電子能譜（UPS）測量，分析確定。?

本發明中，所述金屬M可以是金、銀或白金等。

本發明方法，不局限石墨烯材料，還可以應用到其他的二維材料中。

本發明方法，也不局限于二維金屬層，還可以應用到體金屬層或者其他材料。

進一步地，首先需要有石墨烯樣品，可以為在銅片上通過低壓化學氣相沉積的方法生長的石墨烯。生長的石墨烯需要結構完整，大面積連續的石墨烯，是單層的，而且缺陷較少，具有很高的載流子遷移率，盡量接近質量很好的石墨烯。

需要有原位多功能分析設備，可以把物理氣相沉積（PVD）和紫外光電子能譜（UPS）設備整合在一起。這些原位設備都保持高真空度，在10^-10?mbar,這樣確保二維金屬層與石墨烯接觸測試時候不被空氣等污染。通過分析UPS測試的光譜和石墨烯功函數，分析確定石墨烯與二維金屬層接觸界面的接觸勢壘，可以得出界面的接觸勢壘與二維金屬層的厚度的關系，呈現出V型。一定的厚度二維金屬層可以使接觸勢壘最小，從而使石墨烯電極的接觸電阻最小。使接觸勢壘達到最小值的二維金屬厚度為最優厚度d。?