[發明專利]一種石墨烯場效應晶體管結構及其大規模制作工藝

有效

• 申請號: 201410838015.5
• 申請日: 2014-12-29
• 公開（公告）號: CN104538449B
• 公開（公告）日: 2018-09-14
• 發明（設計）人: 邱祖全
• 申請（專利權）人: 連江縣維佳工業設計有限公司
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L21/336
• 代理公司: 鄭州博派知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 41137
• 代理人: 伍俊慧

本發明公開了一種石墨烯場效應晶體管結構及其大規模制作工藝，制作工藝：首先通過催化金屬薄膜層的特性對其上的底層h?BN介質層和石墨烯層進行選擇生長，接著通過對催化金屬薄膜層的光刻，實現對外延生長的底層h?BN介質層和石墨烯層形狀的控制，最后再通過兩次結構反轉銜接完成對催化金屬薄膜層的兩次光刻與頂柵h?BN介質層生長。該結構：包括由下至上依次設置的底層h?BN介質層、石墨烯層和頂柵h?BN介質層，在所述頂柵h?BN介質層上面設置柵電極，從所述石墨烯層兩邊引出源電極和漏電極。本發明晶體管結構及制作工藝克服目前工藝難度高、成品率低以及產品性能差的問題，為石墨烯基集成電路的制備奠定良好基礎。

技術領域

本發明屬于半導體器件與半導體工藝領域。

背景技術

石墨烯是碳原子以六方蜂房晶格形成的性能極其優異的二維材料，其載流子速度和遷移率遠高于常規半導體材料，被認為是后硅時代的集成電路材料。目前，通過催化金屬襯底上的CVD法和SiC外延法可生長大尺寸石墨烯晶圓。在制備石墨烯電子器件時，要么需要將CVD法制備的石墨烯轉移到兩SiO/Si(或其它)襯底上，要么是直接以所在的6H-SiC襯底為介質層，這些襯底不但表面具有一定的粗糙度，而且其中還存在較大密度的庫侖中心，加之襯底材料中的光學聲子的散射作用，石墨烯中的載流子遷移率會進一步退化，導致最終制備的高頻石墨烯場效應晶體管器件中的載流子遷移率均在2000cm/V.s以下，遠低于機械剝離石墨烯的室溫載流子遷移率。

發明內容

發明目的：為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種石墨烯場效應晶體管結構，克服目前大規模石墨烯器件制備過程中的工藝難度高、成品率低和性能差的問題，為石墨烯基集成電路的制備奠定良好基礎。

技術方案：為實現上述目的，本發明的技術方案如下：

一種石墨烯場效應晶體管結構，包括由下至上依次設置的底層h-BN介質層、石墨烯層和頂柵h-BN介質層，在所述頂柵h-BN介質層上面設置柵電極，從所述石墨烯層兩邊引出源電極和漏電極。

進一步的，所述底層h-BN介質層下設置催化金屬薄膜層。

進一步的，所述石墨烯層兩邊通過等離子刻蝕暴露邊緣，暴露邊緣位置的兩邊引出源電極和漏電極。

基于一種石墨烯場效應晶體管結構的大規模制作工藝，首先通過催化金屬薄膜層的特性對其上的底層h-BN介質層和石墨烯層進行選擇生長，接著通過對催化金屬薄膜層的光刻，實現對外延生長的底層h-BN介質層和石墨烯層形狀的控制，最后再通過兩次結構反轉銜接完成對催化金屬薄膜層的兩次光刻與頂柵h-BN介質層生長。

具體制作工藝步驟如下：

1)制作SiO₂/Si襯底：在Si晶圓上用干法氧化生長SiO₂薄膜，分別制成第一SiO₂/Si襯底、第二SiO₂/Si襯底和第三SiO₂/Si襯底；

2)催化金屬薄膜生長：用電子束蒸發工藝在所述第一SiO₂/Si襯底上生長一層催化金屬薄膜；

3)催化金屬薄膜層光刻：利用標準光刻工藝對催化金屬薄膜進行光刻，形成若干方塊形狀的催化金屬薄膜層結構；

4)底層h-BN介質層生長：利用CVD法在催化金屬薄膜層上選擇性生長一層h-BN，形狀與步驟3)中催化金屬薄膜層形狀相同，即為底層h-BN介質層；

5)石墨烯層生長：在所述底層h-BN介質層上利用催化金屬薄膜層選擇性生長一層石墨烯，即為石墨烯層；