[發明專利]一種基于石墨烯的隧穿晶體管、反相器及其制備方法

有效

• 申請號: 201811123546.0
• 申請日: 2018-09-26
• 公開（公告）號: CN109461772B
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發明（設計）人: 王琦龍;楊文鑫;徐季;翟雨生;張曉兵
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H01L29/739
• 分類號: H01L29/739;H01L29/16;H01L29/06;H01L27/082;H01L21/8222;H01L21/331
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 劉莎

1.一種基于石墨烯的隧穿晶體管，其特征在于，包括源極(1)、漏極(2)、柵極(3)、石墨烯薄膜(4)、襯底(5)、柵極絕緣層兼石墨烯鈍化層(6)、漏極絕緣層(7)、隧穿層(8)、硅基底(25)，其中，硅基底(25)的上表面設置襯底(5)，襯底(5)的上表面間隔設置源極(1)和隧穿層(8)，隧穿層(8)一側的上表面設置漏極絕緣層(7)，漏極絕緣層(7)的上表面設置漏極(2)，隧穿層(8)另一側的上表面、漏極(2)的上表面以及漏極絕緣層(7)未設置漏極(2)的上表面依次向上設置石墨烯薄膜(4)、柵極絕緣層兼石墨烯鈍化層(6)，柵極絕緣層兼石墨烯鈍化層(6)的上表面設置柵極(3)，柵極(3)和隧穿層(8)之間僅存在石墨烯薄膜(4)和柵極絕緣層兼石墨烯鈍化層(6)。

2.根據權利要求1所述的一種基于石墨烯的隧穿晶體管，其特征在于，襯底(5)為半導體或金屬襯底。

3.根據權利要求1所述的一種基于石墨烯的隧穿晶體管，其特征在于，若襯底(5)材料的功函數大于5.4eV，則漏極(2)電極選用功函數小于4.9eV的金屬；若襯底(5)材料的功函數小于4.9eV，則漏極(2)電極選用功函數大于5.4eV的金屬。

4.根據權利要求1所述的一種基于石墨烯的隧穿晶體管，其特征在于，隧穿層(8)的厚度小于20nm。

5.如權利要求1至4中任一所述的一種基于石墨烯的隧穿晶體管的制備方法，其特征在于，該制備方法的具體步驟如下：

步驟1，在硅基底(25)上制備襯底(5)；

步驟2，在襯底(5)上的源極區域沉淀電極作為源極(1)、隧穿層區域制備隧穿層(8)；

步驟3，在隧穿層(8)上的漏極絕緣層區域制備漏極絕緣層(7)，在漏極絕緣層(7)上的漏極區域制備電極作為漏極(2)；

步驟4，在隧穿層(8)上非漏極絕緣層區域以及漏極絕緣層(7)與漏極(2)堆疊部分的上表面設置一層石墨烯薄膜(4)，再在石墨烯薄膜(4)的上表面設置制備一層絕緣層薄膜作為柵極絕緣層兼石墨烯鈍化層(6)；

步驟5，在隧穿層(8)、石墨烯薄膜(4)以及柵極絕緣層兼石墨烯鈍化層(6)堆疊部分的上表面制備電極作為柵極(3)。

6.一種反相器，其特征在于，由兩個如權利要求1至4中任一所述的一種基于石墨烯的隧穿晶體管構成，該兩個隧穿晶體管中的一個為p型管、另一個為n型管，其中，p型管的源極與n型管的漏極連接，作為反相器的輸出端；n型管的柵極與p型管的柵極連接，作為反相器的輸入端；p型管的漏極連接高電位，n型管的源極連接低電位。

7.如權利要求6所述的一種反相器的制備方法，其特征在于，具體步驟如下：

步驟1，采用如權利要求5所述的方法分別制備p型管和n型管：若襯底(5)材料的功函數大于5.4eV，則漏極(2)電極選用功函數小于4.9eV的金屬，以制備n型管；若襯底(5)材料的功函數小于4.9eV，則漏極(2)電極選用功函數大于5.4eV的金屬，以制備p型管；

步驟2，p型管的源極與n型管的漏極連接，作為反相器的輸出端；n型管的柵極與p型管的柵極連接，作為反相器的輸入端；

步驟3，p型管的漏極連接高電位，n型管的源極連接低電位。

8.根據權利要求7所述的一種反相器的制備方法，其特征在于，其中，若制備的是p型管則通過在硅基底(25)進行n型重摻雜制備襯底(5)，若制備的是n型管則通過在硅基底(25)上蒸鍍金屬制備襯底(5)。