[實(shí)用新型]一種石墨烯場效應(yīng)晶體管

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201521137005.5
• 申請日: 2015-12-31
• 公開（公告）號: CN205376536U
• 公開（公告）日: 2016-07-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 白德旭
• 申請（專利權(quán)）人: 白德旭
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L29/12;H01L29/10
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技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及半導(dǎo)體器件領(lǐng)域，尤其涉及一種石墨烯場效應(yīng)晶體管。

背景技術(shù)

石墨烯是由單層碳原子緊密堆積成二維蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)的一種碳質(zhì)新材料，因其獨(dú)特而優(yōu)異的電學(xué)、熱學(xué)、力學(xué)等方面的性能而成為目前研究的熱點(diǎn)，特別是作為新一代的半導(dǎo)體材料已經(jīng)引起了相當(dāng)多的關(guān)注。基于柔性石墨烯場效應(yīng)晶體管的電子產(chǎn)品是未來的發(fā)展方向之一。

目前大部分具有柔性基底的石墨烯場效應(yīng)晶體管都是通過微加工化學(xué)氣相沉積法生長的石墨烯制備出的。這種方式產(chǎn)生的石墨烯薄膜表面與大量的褶皺，轉(zhuǎn)移過程中易破損。另外石墨烯場效應(yīng)晶體管在制備過程中，需要經(jīng)光刻工藝在石墨烯表面形成所需要的圖案，由于石墨烯表面具有很強(qiáng)的吸附能力，光刻工藝中所采用的光刻膠極易被石墨烯吸附，從而導(dǎo)致石墨烯表面的光刻膠無法徹底清洗掉，造成光刻膠殘留。而光刻膠殘留會造成石墨烯場效應(yīng)晶體管的性能下降。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型提供了一種石墨烯場效應(yīng)晶體管，其包括設(shè)置在柔性基底形成的凹槽中的石墨烯層和柵極電介質(zhì)層，設(shè)置在石墨烯層形成的凹槽兩側(cè)的源極電極和漏極電極，和設(shè)置在柵極電介質(zhì)層形成凹槽中的柵極電極；

其中，所述柵極電介質(zhì)層設(shè)置在所述源極電極和漏極電極與柵極電極之間以將源極電極和漏極電極與柵極電極隔開。

根據(jù)一個優(yōu)選的實(shí)施方式，所述柔性基底為非水溶性樹脂制成的薄膜。采用柔性基底使得石墨烯場效應(yīng)晶體管可以適用于各種柔性器件中。

根據(jù)一個優(yōu)選的實(shí)施方式，所述石墨烯層形成的凹槽的橫截面大致呈梯形或弧形，所述源極電極和漏極電極彼此分離地相對設(shè)置在所述梯形或弧形的兩側(cè)。源極電極和漏極電極設(shè)置在石墨烯層形成的凹槽的側(cè)面，相對于各部分層狀平鋪的石墨烯場效應(yīng)晶體管，其縱向厚度增加，橫向?qū)挾葴p小，整體接近于柱狀，使得在基底上的占用面積減小，有利于提升柔性基底上的晶體管密度，節(jié)省空間；另外柔性基底在發(fā)生形變時傳遞給石墨烯場效應(yīng)晶體管的拉力、擠壓力、扭曲力等不良影響也會減小，因此提升了石墨烯場效應(yīng)晶體管的機(jī)械穩(wěn)定性。

根據(jù)一個優(yōu)選的實(shí)施方式，所述柔性基底形成的凹槽的開口、所述石墨烯層形成的凹槽的開口和所述柵極電介質(zhì)層形成的凹槽的開口均朝向同一方向。

根據(jù)一個優(yōu)選的實(shí)施方式，所述柔性基底形成開口面積大底部面積小的梯形凹槽。石墨烯層以均勻的厚度覆蓋在該凹槽的內(nèi)壁上，形成與之結(jié)構(gòu)相似的開口大底部小的梯形凹槽。源極電極和漏極電極呈片狀，并相對貼附在石墨烯層的梯形凹槽的兩側(cè)斜面上。優(yōu)選的，源極電極片和漏極電極片從凹槽的開口處到底部厚度逐漸減小。優(yōu)選的，所述源極電極片和漏極電極片的厚度均勻分布。

根據(jù)一個優(yōu)選的實(shí)施方式，所述源極電極和/或所述漏極電極的橫截面大致呈平行四邊形、三角形和/或梯形。

根據(jù)一個優(yōu)選的實(shí)施方式，所述源極電極、漏極電極和柵極電極均至少有一部分通過所述柔性基底形成的凹槽的開口露出所述柔性基底的表面。此處“露出”指的是沒有被柔性基底覆蓋，即源極電極、漏極電極鑲嵌在石墨烯層與柵極電介質(zhì)層之間，柵極電極的一部分鑲嵌在柵極電介質(zhì)層中，但源極電極、漏極電極和柵極電極仍至少有一部分表面沒有被石墨烯層或柵極電介質(zhì)層覆蓋，也沒有被柔性基底覆蓋，從而可以從柔性基底的凹槽的開口處被觸及，以便于連接導(dǎo)電材料或其他元件。優(yōu)選的，所述源極電極、漏極電極和柵極電極露出的部分與柔性基底的表面平齊，形成平滑的表面。

根據(jù)一個優(yōu)選的實(shí)施方式，所述柵極電介質(zhì)層包括氧化石墨烯層、金屬氧化物層、h-BN層中的一種或幾種。優(yōu)選的，所述柵極電介質(zhì)層包括氧化石墨烯層和金屬氧化物層，其中所述氧化石墨烯層位于源極電極和漏極電極與金屬氧化物層之間，柵極電極鑲嵌在金屬氧化物層形成的凹槽中。氧化石墨烯既提供了原子層沉積的成核中心，同時不會引起石墨烯材料載流子遷移率的顯著下降，因此也不會引起器件性能的下降。

根據(jù)一個優(yōu)選的實(shí)施方式，所述金屬氧化物層為氧化鈦層、氧化鋯層和/或氧化鋁層。優(yōu)選的所述金屬氧化物層的厚度為3nm-30nm。

根據(jù)一個優(yōu)選的實(shí)施方式，所述金屬氧化物層為氧化鋁層。

根據(jù)一個優(yōu)選的實(shí)施方式，所述柵極電介質(zhì)層為h-BN層。采用h-BN作為柵極電介質(zhì)，在高頻和強(qiáng)電場下的特性會比典型的以二氧化硅作為柵極電介質(zhì)的石墨烯場效應(yīng)晶體管特性更好。

根據(jù)一個優(yōu)選的實(shí)施方式，所述柔性基底為聚苯乙烯薄膜、聚甲基丙烯酸甲酯薄膜、聚對苯二甲酸乙二醇脂薄膜、聚酰亞胺、聚二甲基硅氧烷薄膜和聚碳酸酯薄膜中的一種或多種。

根據(jù)一個優(yōu)選的實(shí)施方式，所述柔性基底的厚度為2-5μm。