[發明專利]石墨烯場效應晶體管

有效

• 申請號: 201810268710.0
• 申請日: 2018-03-28
• 公開（公告）號: CN110323266B
• 公開（公告）日: 2021-03-30
• 發明（設計）人: 秦旭東;徐慧龍
• 申請（專利權）人: 華為技術有限公司
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L29/16;H01L29/78
• 代理公司: 北京中博世達專利商標代理有限公司 11274
• 代理人: 張雨竹

本申請提供一種石墨烯場效應晶體管，涉及半導體技術領域，可提高器件輸出電阻，從而提高開關比，實現更好的射頻性能。一種石墨烯場效應晶體管，包括：襯底、第一柵電極、第二柵電極、第一柵介質層、第二柵介質層、溝道層以及源電極和漏電極；溝道層的材料包括AB堆垛雙層石墨烯或者AB堆垛多層石墨烯；第一柵電極和第一柵介質層設置于溝道層的一側，第二柵電極和第二柵介質層設置于溝道層的另一側；第一柵電極包括多個間隔設置的第一子電極以及第一連接子電極；第一子電極的延伸方向與源電極和漏電極的間距方向交叉，第一連接子電極與溝道層在襯底上的投影無交疊；第一子電極和第二柵電極用于向溝道層提供垂直于溝道層的縱向電場。

技術領域

本申請涉及半導體技術領域，尤其涉及一種石墨烯場效應晶體管。

背景技術

石墨烯以其超高的室溫載流子遷移率(20000cm²V^-1s^-1)、單原子層的超薄二維形態、室溫物理化學穩定性以及柔性透明等特點，在電子應用尤其是射頻電子器件領域具有應用潛力。目前采用單層石墨烯制作的石墨烯場效應晶體管(Graphene Field EffectTransistor，GFET)，其截止頻率已超過400GHz，但還遠未達到其理論極限。

如上所述，單層石墨烯具有很高的截止頻率，但其最大震蕩頻率通常只有幾十GHz。最大振蕩頻率代表了晶體管功率放大的能力，與晶體管的跨導正相關，與輸出電導負相關。GFET的跨導可以做得很大，但較小的輸出電導也即較大的輸出電阻總是很難實現。造成較大輸出電導(或者，較小輸出電阻)的根本原因是單層石墨烯是零帶隙的，無法在GFET溝道中建立有效的勢壘。

發明內容

本申請提供一種石墨烯場效應晶體管，可提高器件輸出電阻，從而提高開關比，實現更好的射頻性能。

第一方面，提供一種石墨烯場效應晶體管，包括：襯底、設置于襯底上的第一柵電極、第二柵電極、第一柵介質層、第二柵介質層、溝道層以及源電極和漏電極；溝道層的材料包括AB堆垛雙層石墨烯或者AB堆垛多層石墨烯；源電極和漏電極間隔分布于溝道層兩側；第一柵電極和第一柵介質層設置于溝道層的一側，第二柵電極和第二柵介質層設置于溝道層的另一側；第一柵電極包括多個間隔設置的第一子電極以及將多個第一子電極電連接在一起的第一連接子電極；第一子電極的延伸方向與源電極和漏電極的間距方向交叉，第一連接子電極與溝道層在襯底上的投影無交疊；第一子電極和第二柵電極用于向溝道層提供垂直于溝道層的縱向電場。通過將溝道層的材料設置為包括AB堆垛雙層石墨烯或者AB堆垛多層石墨烯，并將第一柵電極設置為包括多個電連接的第一子電極的多指結構，可在第一子電極和第二柵電極提供縱向電場作用下，使溝道層打開一定帶隙，在此基礎上，由于第一子電極的個數為多個，且多個第一子電極間隔設置，因此，可在溝道層中垂直于溝道電流方向建立多個勢壘，形成不連續帶隙，從而可提高器件輸出電阻，進而可降低關態電流，提高器件開關比，同時，可保證高遷移率，使得本申請石墨烯場效應晶體管可實現更好的射頻性能，而且，多指結構的第一柵電極，可改善器件保護特性，增大器件本征電壓增益。此外，通過對第一子電極的寬度以及相鄰第一子電極之間間距的控制，可以實現共振隧穿的效果，可進一步降低器件關態電流，提高開關比和輸出電阻。

結合第一方面，在第一方面的第一種可能的實現方式中，第一子電極的延伸方向與源電極和漏電極的間距方向垂直。

結合第一方面，在第一方面的第二種可能的實現方式中，第一柵電極中，各第一子電極的寬度相等，且任意相鄰第一子電極之間的間距相等。工藝上容易制作。

結合第一方面，在第一方面的第三種可能的實現方式中，第二柵電極覆蓋襯底。通過使第二柵電極覆蓋襯底，可在形成第二柵電極時無需采用光刻工藝，工藝更簡單。

結合第一方面的第三種可能的實現方式，在第一方面的第四種可能的實現方式中，第二柵電極由襯底充當，襯底導電。通過將襯底設置為導電襯底，可使該襯底還用作第二柵電極，因而可無需再制作第二柵電極。