[發明專利]一種頂柵石墨烯場效應晶體管及其制備方法

在審

• 申請號: 201710129827.6
• 申請日: 2017-03-06
• 公開（公告）號: CN106920847A
• 公開（公告）日: 2017-07-04
• 發明（設計）人: 宋愛民;楊樂陶;王漢斌;張錫健
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L29/51;H01L29/16;H01L21/336;H01L21/285
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司37219
• 代理人: 楊樹云

1.一種頂柵石墨烯場效應晶體管，包括襯底、氧化硅層、石墨烯溝道層、源極、漏極、柵極，所述襯底上依次外延生長有所述氧化硅層、石墨烯溝道層，所述石墨烯溝道層的兩端上設有源極、漏極，其特征在于，所述源極、漏極之間的所述石墨烯溝道層上設有一層SiO薄膜，所述SiO薄膜上設有柵極。

2.根據權利要求1所述的一種頂柵石墨烯場效應晶體管，其特征在于，所述SiO薄膜的介電常數不小于5，擊穿場強不小于5MV/cm。

3.根據權利要求1所述的一種頂柵石墨烯場效應晶體管，其特征在于，所述SiO薄膜的厚度為20-50nm。

4.根據權利要求1所述的一種頂柵石墨烯場效應晶體管，其特征在于，所述SiO薄膜的厚度為25-35nm；

進一步優選的，所述SiO薄膜的厚度為30nm。

5.權利要求1-4任一所述的頂柵石墨烯場效應晶體管的制備方法，其特征在于，包括步驟如下：

(1)提供襯底，在所述襯底上依次外延生長氧化硅層、石墨烯溝道層，形成樣品；

(2)在步驟(1)形成的樣品上通過熱蒸發方法沉積一層SiO薄膜，作為犧牲層和介質層；

(3)在石墨烯溝道層的兩端上形成源極和漏極；

(4)在源極和漏極之間的所述石墨烯溝道層上形成柵極。

6.根據權利要求5所述的頂柵石墨烯場效應晶體管的制備方法，其特征在于，所述步驟(3)，在石墨烯溝道層的兩端上形成源極和漏極，包括步驟如下：

A、在步驟(2)形成的SiO薄膜涂光刻膠；

B、定義源極區域與漏極區域，采用光刻工藝，將源極區域與漏極區域上的光刻膠去掉，露出SiO薄膜；

C、濕法腐蝕掉源極區域與漏極區域處的SiO薄膜：將步驟B形成的樣品浸入氫氟酸緩沖液中10-20s，刻蝕掉源極區域與漏極區域處的SiO薄膜，并用去離子水清洗1-3min，清洗完畢后用氮氣吹干；

D、制作源極、漏極：在步驟C形成的源極區域與漏極區域處的石墨烯溝道層上，通過電子束蒸發依次蒸發3-7nmTi、40-60nmAu，Ti的蒸發速率為Au的蒸發速率為

E、將步驟D得到的樣品放到丙酮中浸泡去除光刻膠，再將樣品取出后繼續用丙酮和乙醇沖洗，沖洗后用氮氣吹干。

7.根據權利要求5所述的頂柵石墨烯場效應晶體管的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)，在樣品上沉積一層SiO薄膜，包括步驟如下：

將步驟(1)形成的樣品放入熱蒸發儀器的腔內，將腔內真空度抽到小于10^-5Torr，調節電流將蒸發速率控制在在樣品表面沉積一層厚度為20-50nm的SiO薄膜。

8.根據權利要求7所述的頂柵石墨烯場效應晶體管的制備方法，其特征在于，在所述步驟(2)之前對樣品進行清洗。

9.根據權利要求8所述的頂柵石墨烯場效應晶體管的制備方法，其特征在于，將樣品放置在超聲清洗儀中進行清洗，步驟包括：

調整超聲清洗儀的功率為30-60W，依次在丙酮、乙醇中超聲清洗3-10min，用氮氣吹干。

10.根據權利要求5-9任一所述的頂柵石墨烯場效應晶體管的制備方法，其特征在于，所述步驟(4)，在源極和漏極之間的所述石墨烯溝道層上形成柵極，包括步驟如下：

F、制作石墨烯溝道層區域：采用光刻工藝，將石墨烯溝道層區域保護起來，將樣品放入ICP干法刻蝕系統中，設定工藝條件為：氬氣流量30-50sccm，三氟甲烷流量5-20sccm，ICP功率50-150W，HF功率3-7W，用等離子體刻蝕2-5min，將石墨烯溝道層區域以外的SiO薄膜都刻蝕掉；

G、定義柵極區域：采用光刻工藝，將柵極區域的光刻膠去掉，露出SiO薄膜；

H、蒸發柵極并剝離：在柵極區域處SiO薄膜上，通過電子束依次蒸發3-7nmTi、40-60nmAu，Ti的蒸發速率是Au的蒸發速率是

I、將步驟H得到的樣品放到丙酮中浸泡去除光刻膠，再將樣品取出后繼續用丙酮和乙醇沖洗，沖洗后用氮氣吹干。