[發明專利]一種石墨烯電極的制備方法

有效

• 申請號: 201710316136.7
• 申請日: 2017-05-08
• 公開（公告）號: CN107230615B
• 公開（公告）日: 2019-07-26
• 發明（設計）人: 王欣然;何道偉;吳冰;呂未;施毅
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: H01L21/28
• 分類號: H01L21/28;H01L29/45;H01L29/417
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 陳建和

本發明公開了一種石墨烯電極的制備與轉移方法，包括如下步驟：1)在化學氣相沉積系統中生長石墨烯，并將石墨烯轉移到平整干凈的襯底表面；2)用紫外臭氧對石墨烯進行表面處理，并根據需要對石墨烯進行摻雜，然后在石墨烯表面沉積圖形化金屬作為支撐層得到金屬/石墨烯復合結構電極；3)在顯微鏡下，利用探針操作，將金屬/石墨烯復合結構電極從襯底轉移到晶體管溝道上，形成晶體管的接觸電極；將金屬支撐層與石墨烯層從襯底轉移到晶體管溝道上，形成接觸電極。本發明具有整個過程避免有機溶劑和高溫工藝的優點，最大程度減少晶體管溝道材料的損傷并改善晶體管的接觸性能。

技術領域

本發明涉及一種以石墨烯作為接觸層的電極制備方法，適用于以石墨烯電極作為源漏電極的頂電極結構的場效應晶體管。

背景技術

自從石墨烯、MoS₂等二維材料被報道以來，基于二維材料的晶體管一直是研究的熱點。近年來，多種新型二維材料被發現，二維有機半導體材料也被報道并引起人們的研究興趣。二維材料的晶體管中，歐姆接觸一直是一個主要問題。二維半導體材料超薄的特性使其相對于傳統半導體材料更加容易受到工藝的影響，超薄的二維有機材料尤其明顯；二維半導體材料與電極金屬的能帶匹配和界面性質直接影響到接觸勢壘和電荷注入效率，從而影響晶體管的工作性能。

傳統加工二維材料晶體管頂電極的工藝主要是光刻-蒸鍍和真空掩膜沉積。這兩種工藝中光刻膠、有機溶劑的使用容易導致二維材料表面不干凈，增大接觸電阻；沉積金屬過程中的熱輻射易對二維材料，尤其是二維有機材料造成損傷。為克服這些缺點，胡文平課題組發明了“貼金膜”的方法來制備晶體管，避免了溶液的使用和在溝道半導體上金屬沉積過程(Advanced Materials 2008,20,1511；Accounts of Chemical Research 2010,43,529；Advanced Materials 2008,20,2947)。研究表明，采用“貼金膜”的方法制備電極，避免溶液、光刻、金屬沉積過程后，溝道二維材料的結構缺陷明顯減少，晶體管性能提升(NanoResearch 2016,9,3622)。但是，該方法的局限性是僅有與硅片粘附力差的個別金屬可以用來做電極。

實現歐姆接觸，電極材料與半導體溝道的能帶匹配同樣非常重要。石墨烯作為一種功函數可調的零帶隙半導體，在電極接觸的應用中具有重大前景。基于石墨烯電極的研究已取得很不錯的成果，由于石墨烯的生長條件特殊，現有的石墨烯電極的研究和發明基本為底接觸結構(Advanced Materials 2008,20,3289；Advanced Materials 2011,23,1752)：先生長石墨烯電極，再在上面沉積半導體溝道。我們進一步發展了“貼金膜”方法，發明了石墨烯為接觸層、石墨烯上覆蓋金屬層作為支撐的頂電極結構，和制作石墨烯頂電極的工藝流程。

發明內容

本發明的目的是，提供一種用于晶體管接觸的圖形化石墨烯頂電極的制備和轉移方法。

本發明石墨烯電極的制備與轉移方法，其特征是包括如下步驟：1)在化學氣相沉積系統中生長石墨烯，并將石墨烯轉移到平整干凈的襯底表面；2)用紫外臭氧對石墨烯進行表面處理，并根據需要對石墨烯進行摻雜，然后在石墨烯表面沉積圖形化金屬作為支撐層得到金屬/石墨烯復合結構電極；3)在顯微鏡下，利用探針操作，將金屬/石墨烯復合結構電極從襯底轉移到晶體管溝道上，形成晶體管的接觸電極；

3-1)劃斷條帶狀金屬/石墨烯復合結構電極，用細探針操作，掀起圖形化金屬即金屬/石墨烯復合結構電極的一角，石墨烯會粘附在金屬下表面，與襯底分離；

3-2)用粗探針操作，蘸取少量銦鎵合金作為膠，粘住被掀起金屬/石墨烯復合結構電極的一角，將電極挑起，挑離襯底表面；

3-3)通過顯微鏡觀察，將電極放到目標位置(如晶體管溝道上)，即完成了一個石墨烯電極的轉移。

3-4)重復以上3-1)-3-3)步驟完成所有電極的轉移。