[發(fā)明專利]一種雙層石墨烯隧穿場效應(yīng)晶體管及其制備方法

有效

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• 申請日: 2014-09-10
• 公開（公告）號: CN104241378B
• 公開（公告）日: 2017-05-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黃如;王佳鑫;黃芊芊;吳春蕾;朱昊;趙陽
• 申請（專利權(quán)）人: 北京大學(xué)
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L21/336;H01L29/41;H01L29/43
• 代理公司: 北京萬象新悅知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)11360
• 代理人: 朱紅濤

1.一種雙層石墨烯隧穿場效應(yīng)晶體管，其特征是，包括一個底柵電極(1)、一個底柵介質(zhì)層(2)、一個雙層石墨烯有源區(qū)(5)、一個金屬源電極(6)、一個金屬漏電極(7)、一個頂柵介質(zhì)層(8)和一個頂柵電極(9)；

所述底柵介質(zhì)層(2)位于底柵電極(1)的上方；雙層石墨烯有源區(qū)(5)位于底柵介質(zhì)層(2)的上方；金屬源電極(6)和金屬漏電極(7)分別在雙層石墨烯有源區(qū)(5)的兩端，且各覆蓋部分雙層石墨烯有源區(qū)(5)；

金屬源電極(6)與金屬漏電極(7)選取不同材料，對于n型器件，金屬源電極(6)的功函數(shù)較大，與其接觸的石墨烯呈p型摻雜，金屬漏電極(7)的功函數(shù)較小，與其接觸的石墨烯呈n型摻雜；而p型器件的電極與n型器件相反，即：金屬源電極(6)的功函數(shù)較小，金屬漏電極(7)的功函數(shù)較大；所述的功函數(shù)較大指的是功函數(shù)大于5.4eV，所述的功函數(shù)較小指的是功函數(shù)小于4.5eV；

頂柵介質(zhì)層(8)覆蓋在金屬源電極(6)、金屬漏電極(7)，以及金屬源電極(6)和金屬漏電極(7)之間的石墨烯上，頂柵電極(9)位于頂柵介質(zhì)層(8)的上方，且與金屬源電極(6)和金屬漏電極(7)都交疊，各交疊的長度均大于100nm。

2.權(quán)利要求1所述的雙層石墨烯隧穿場效應(yīng)晶體管的制備方法，其特征是，包括以下步驟：

(1)在底柵電極上生長底柵介質(zhì)層；

(2)通過機(jī)械剝離或者化學(xué)氣相淀積轉(zhuǎn)移的方法得到底柵介質(zhì)層上的雙層石墨烯；

(3)光刻暴露出有源區(qū)以外的區(qū)域，以光刻膠為掩膜，刻蝕形成雙層石墨烯有源區(qū)；

(4)光刻暴露出金屬源電極區(qū)，全片蒸發(fā)金屬后剝離形成金屬源電極；

(5)光刻暴露出金屬漏電極區(qū)，全片蒸發(fā)金屬后剝離形成金屬漏電極；

(6)全片生長厚度均勻的柵介質(zhì)；

(7)光刻暴露出頂柵電極區(qū)，全片蒸發(fā)金屬后剝離形成頂柵電極。

3.如權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征是，所述步驟(1)中的底柵電極選自低阻硅。

4.如權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征是，所述步驟(1)中的底柵介質(zhì)層選自SiO₂、BN或者高K柵介質(zhì)材料。

5.如權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征是，所述步驟(1)中的生長底柵介質(zhì)層的方法選自以下方法之一：熱氧化、物理氣相淀積、化學(xué)氣相淀積和原子層沉積。

6.如權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征是，所述步驟(4)中的金屬源電極選自與石墨烯有粘附性，且功函數(shù)大于石墨烯功函數(shù)的金屬。

7.如權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征是，所述步驟(5)中的金屬漏電極選自與石墨烯有粘附性，且功函數(shù)小于石墨烯功函數(shù)的金屬。

8.如權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征是，所述步驟(6)中的生長頂柵介質(zhì)層的方法為原子層沉積。

9.如權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征是，所述步驟(7)中的頂柵電極選自金屬或者混合金屬。

10.如權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征是，所述的功函數(shù)大于石墨烯功函數(shù)的金屬為Au或Pt。

11.如權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征是，所述的功函數(shù)小于石墨烯功函數(shù)的金屬為Ni、Ag、Cu之一。

12.如權(quán)利要求9所述的制備方法，其特征是，所述的金屬為Ni、Au、Pt之一；所述的混合金屬為Pd/Au、Ti/Au、Ti/Ni之一。