[發(fā)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(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811123546.0
• 申請(qǐng)日: 2018-09-26
• 公開（公告）號(hào): CN109461772B
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王琦龍;楊文鑫;徐季;翟雨生;張曉兵
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L29/739
• 分類號(hào): H01L29/739;H01L29/16;H01L29/06;H01L27/082;H01L21/8222;H01L21/331
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 劉莎

本發(fā)明公開了一種基于石墨烯的隧穿晶體管、反相器及其制備方法，石墨烯隧穿晶體管包括源極、柵極、漏極、石墨烯薄膜、半導(dǎo)體或金屬襯底、隧穿層、漏極絕緣層、柵極絕緣層、石墨烯鈍化層以及直流偏置電壓源；源電極和硅襯底相連，漏電極與石墨烯薄膜相連，石墨烯和襯底之間有一層隧穿層，柵極在電子隧穿部分的頂部。若半導(dǎo)體或金屬襯底的功函數(shù)較小，漏極選擇功函數(shù)較大的金屬，器件為n型，反之漏極則采用功函數(shù)較大的金屬，器件為p型。p型管漏極連接高電位，n型管源極連接低電位，兩根管的共有柵極作為電路的輸入端，p型管源極和n型管漏極相連，作為電路的輸出端。新型石墨烯隧穿晶體管結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)高響應(yīng)速率、低靜態(tài)功耗的數(shù)字邏輯反相器。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種反相器及其制備方法，特別涉及一種基于石墨烯的隧穿晶體管的反相器及其制備方法，屬于電子器件制備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

反相器是一種可將輸入信號(hào)相位反轉(zhuǎn)的電子器件，廣泛應(yīng)用于模擬電路，例如音響放大電路、時(shí)鐘振蕩器等。現(xiàn)有的CMOS反相器電路由兩個(gè)增強(qiáng)型MOS場(chǎng)效應(yīng)管組成，如圖1所示，由于硅中電子的飽和運(yùn)動(dòng)速度不高，使其難以滿足數(shù)字邏輯電路對(duì)在高頻工作模式下對(duì)響應(yīng)速度的要求。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種響應(yīng)速度快、增益高的基于石墨烯的隧穿晶體管的反相器及其制備方法。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題采用以下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供一種基于石墨烯的隧穿晶體管，包括源極、漏極、柵極、石墨烯薄膜、襯底、柵極絕緣層兼石墨烯鈍化層、漏極絕緣層、隧穿層、硅基底，其中，硅基底的上表面設(shè)置襯底，襯底的上表面間隔設(shè)置源極和隧穿層，隧穿層一側(cè)的上表面設(shè)置漏極絕緣層，漏極絕緣層的上表面設(shè)置漏極，隧穿層另一側(cè)的上表面、漏極的上表面以及漏極絕緣層未設(shè)置漏極的上表面依次向上設(shè)置石墨烯薄膜、柵極絕緣層兼石墨烯鈍化層，柵極絕緣層兼石墨烯鈍化層的上表面設(shè)置柵極，柵極和隧穿層之間僅存在石墨烯薄膜和柵極絕緣層兼石墨烯鈍化層。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案，襯底為半導(dǎo)體或金屬襯底。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案，若襯底材料的功函數(shù)大于5.4eV，則漏極電極選用功函數(shù)小于4.9eV的金屬；若襯底材料的功函數(shù)小于4.9eV，則漏極電極選用功函數(shù)大于5.4eV的金屬。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案，隧穿層的厚度小于20nm。

本發(fā)明還提供一種基于石墨烯的隧穿晶體管的制備方法，具體步驟如下：

步驟1，在硅基底上制備襯底；

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

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

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

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

本發(fā)明還提供一種反相器，由兩個(gè)如上任一所述的一種基于石墨烯的隧穿晶體管構(gòu)成，該兩個(gè)隧穿晶體管中的一個(gè)為p型管、另一個(gè)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。。

本發(fā)明還提供一種上述反相器的制備方法，具體步驟如下：