[發明專利]單層氟化石墨烯的肖特基二極管及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202110480133.3
• 申請日: 2021-04-30
• 公開（公告）號: CN113192835B
• 公開（公告）日: 2023-03-10
• 發明（設計）人: 王海東;朱虹鑫;謝思齊;趙帥伊;周要洪
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H01L21/329
• 分類號: H01L21/329;H01L21/28;H01L21/04;H01L29/06;H01L29/16;H01L29/167;H01L29/47;H01L29/872
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 肖陽

1.一種制備單層氟化石墨烯肖特基二極管的方法，其特征在于，包括：

（1）在硅襯底上形成SiO₂層，并在所述SiO₂層上形成單層石墨烯；

（2）在所述單層石墨烯上形成第一光刻膠層，并利用電子束光刻法將所述第一光刻膠層顯影成微米寬的光刻膠條帶；

（3）利用氧等離子體環境去除未被所述光刻膠條帶覆蓋的單層石墨烯，以便得到單層石墨烯條帶；

（4）在所述單層石墨烯條帶上方和所述單層石墨烯條帶未覆蓋的區域形成第二光刻膠層，利用電子束光刻法控制所述第二光刻膠層的形狀，以便將所述單層石墨烯條帶形成為兩個面積不等的裸露圖案；

（5）采用電子束物理氣相沉積法在所述裸露圖案上形成金屬電極層，并去除所述第二光刻膠層；

（6）在未形成電極層的單層石墨烯上方和所述電極層區域外形成第三光刻膠層，并利用電子束光刻法將位于所述電極層邊緣區域外且鄰近所述電極層邊緣的所述第三光刻膠層顯影出刻蝕窗口，以便裸露出刻蝕窗口處的SiO₂層；

（7）利用氫氟酸溶液刻蝕掉裸露出的SiO₂層，以便裸露出位于刻蝕窗口處的硅襯底；

（8）利用二氟化氙氣體刻蝕掉裸露出的和位于所述電極層下方的硅襯底，使所述電極層下方形成溝槽，位于所述溝槽區域的所述電極層、所述單層石墨烯層和所述SiO₂層疊層結構懸空；

（9）去除位于所述單層石墨烯上方的光刻膠層和位于所述單層石墨烯下方的SiO₂層，以便得到石墨烯芯片；

（10）利用二氟化氙氣體對所述石墨烯芯片中的單層石墨烯進行氟化，以便在電極和氟化石墨烯界面形成肖特基勢壘，得到單層氟化石墨烯肖特基二極管。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，至少滿足以下條件之一：

步驟（4）中，直接在所述光刻膠條帶上和所述單層石墨烯條帶未覆蓋的區域形成第二光刻膠層；或者，預先去除所述光刻膠條帶，再在所述單層石墨烯條帶上和所述單層石墨烯條帶未覆蓋的區域形成第二光刻膠層；

步驟（6）中，在所述單層石墨烯上、所述電極層上以及未形成所述單層石墨烯和所述電極層的區域形成第三光刻膠層。

3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟（5）進一步包括：采用電子束物理氣相沉積法預先在所述裸露圖案上形成粘結層，再在所述粘結層上形成金屬電極層；

任選地，所述粘結層為鉻層，所述金屬電極層為金層；

任選地，所述粘結層的厚度為5~15nm，所述金屬電極層的厚度為50~150nm。

4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，至少滿足步驟（6）和步驟（8）中的以下操作之一：

步驟（6）進一步包括：在位于所述電極層邊緣區域外且鄰近所述電極層邊緣的所述第三光刻膠層處預留非刻蝕區，以便利用所述非刻蝕區的SiO₂層支撐所述肖特基二極管；

任選地，位于所述電極層下方且與所述非刻蝕區的SiO₂層相連的SiO₂層的至少一部分未被刻蝕，所述非刻蝕區的SiO₂層和位于所述電極層下方未被刻蝕的SiO₂層共同組成所述肖特基二極管的支撐區，位于所述電極層下方未被刻蝕的SiO₂層與所述電極層接觸且不與所述單層石墨烯接觸；

步驟（8）進一步包括：在所述溝槽區域形成支撐區，以便支撐所述肖特基二極管；

任選地，所述支撐區包括未被刻蝕的硅襯底和二氧化硅層，所述支撐區與所述電極層接觸且不與所述單層石墨烯接觸。