[發(fā)明專利]一種基于石墨烯場(chǎng)效應(yīng)管微區(qū)加熱的原位生長材料的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510316129.8
• 申請(qǐng)日: 2015-06-10
• 公開（公告）號(hào): CN104894639B
• 公開（公告）日: 2017-06-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王浩敏;謝紅;李蕾;王慧山;賀立;陳令修;吳天如;鄧聯(lián)文;謝曉明;江綿恒
• 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): H01L21/20
• 分類號(hào): H01L21/20;H01L21/324;C30B25/02
• 代理公司: 上海光華專利事務(wù)所31219
• 代理人: 唐棉棉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于石墨烯場(chǎng)效應(yīng)管微區(qū)加熱的原位生長材料的方法及器件結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

自石墨烯問世以來，被發(fā)現(xiàn)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，科研人員對(duì)石墨烯的電學(xué)性能的應(yīng)用上做了大量的研究，如光電器件,射頻晶體管，邏輯開關(guān)及存儲(chǔ)器件等，而對(duì)其電熱效應(yīng)及其應(yīng)用研究較少。

用于微電子器件、光電子器件的新型半導(dǎo)體材料如ZnO、AlN、GaN等材料通常采用MOCVD，脈沖激光沉積，磁控濺射等手段制備時(shí)都需要較高的溫度，而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@些加熱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。

因此本申請(qǐng)?zhí)岢鲆环N基于石墨烯場(chǎng)效應(yīng)管的微區(qū)加熱結(jié)構(gòu)原位制備薄膜材料的方法。該方法制備的器件結(jié)構(gòu)為薄膜材料-金屬電極-石墨烯-襯底，利用調(diào)節(jié)背柵電壓來實(shí)現(xiàn)石墨烯加熱達(dá)到不同材料生長所需的溫度，從而實(shí)現(xiàn)石墨烯上材料的原位生長。

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)管微區(qū)加熱的原位生長材料的方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中進(jìn)行材料制備時(shí)加熱步驟復(fù)雜、加熱區(qū)域不可控等問題。

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)管微區(qū)加熱的原位材料生長的方法，所述方法至少包括步驟：

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，使所述窄邊微區(qū)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生高溫；

3)在所述窄邊微區(qū)結(jié)構(gòu)表面原位生長材料層。

可選地，所述步驟1)中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。

可選地，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。

可選地，所述窄邊微區(qū)結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的高溫溫度范圍為100～1200℃。

可選地，所述窄邊微區(qū)結(jié)構(gòu)的尺寸設(shè)置為50～200nm。

可選地所述石墨烯為規(guī)則且對(duì)稱的圖形。

可選地，所述石墨烯的圖形形狀為蛇型、啞鈴型或鏤空型。

可選地，在所述石墨烯兩端施加的電流范圍為I，0＜I≤0.2mA。

可選地，所述材料層為半導(dǎo)體材料層，所述的半導(dǎo)體材料層為ZnO、GaN、AlN、SnO₂、AZO、MoS₂、WS、GaS、GaP、ZnS、InAs、GaSb、CdSe、TiO₂、PbS、CdS中的一種。

本發(fā)明還提供一種利用上述方法獲得的器件結(jié)構(gòu)，所述器件結(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)；

背柵，設(shè)置在所述場(chǎng)效應(yīng)管的背面；

材料層，原位生長在所述窄邊微區(qū)結(jié)構(gòu)表面。