[發明專利]柔性石墨烯場效應晶體管及制備方法

在審

• 申請號: 202210733104.8
• 申請日: 2022-06-27
• 公開（公告）號: CN115000164A
• 公開（公告）日: 2022-09-02
• 發明（設計）人: 賈原;胡波;張文偉;孫浩;王程;田金鵬;宋秋明
• 申請（專利權）人: 深圳技術大學
• 主分類號: H01L29/51
• 分類號: H01L29/51;H01L29/772;H01L21/336;H01L29/06;H01L29/49
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 曾俊杰

本發明涉及晶體管加工技術領域，具體涉及石墨烯場效應晶體管集成器件及制備方法，包括以下步驟：提供基片的步驟，基片固定在襯底上；利用熱蒸鍍的方式在基片上形成柵極；利用ALD原子層沉積鍍膜的方法在柵極上依次形成一層Ti成核層和HfO₂柵極介電層；在HfO₂柵極介電層上利用印章法轉移石墨烯，得到石墨烯層；利用掩膜版光刻的方式在石墨烯層上制備得到源極和漏極；利用ALD原子層沉積鍍膜的方法在石墨烯層上形成包覆層，源極和漏極露出包覆層；將基片與襯底剝離，得到石墨烯場效應晶體管；利用掩膜版光刻的方式通過金屬層分別將至少兩個石墨烯場效應晶體管進行串聯和/或并聯。本發明克服了現有石墨烯場效應晶體管器件性能不均勻性的問題。

技術領域

本發明涉及晶體管制造技術領域，具體涉及一種柔性石墨烯場效應晶體管及制備方法。

背景技術

石墨烯作為最早發現的二維半導體納米材料，由于其特殊的電子特性，吸引了大量的研究。隨著石墨烯納米片高質量合成的進展，柔性材料為基底的石墨烯場效應晶體管電子器件得到了廣泛的研究。

在此，追求高性能跨導放大的柔性石墨烯場效應晶體管器件已成為超硅納米電子學領域的研究熱點。雖然石墨烯的帶隙缺失限制了其開關電流比性能和在數字集成電路系統中的應用，但石墨烯場效應晶體管器件在模擬信號處理方面仍具有巨大的潛力。石墨烯場效應晶體管器件中的電流飽和現象在某種程度上類似于傳統硅MOSFET中的電流飽和現象，按照硅基模擬IC的路線圖實現多柔性石墨烯場效應晶體管器件集成將是一條合乎邏輯的路徑。然而，到目前為止，相關的研究仍然很少，并且大多局限于將單個柔性石墨烯場效應晶體管器件與幾個輔助組件集成在一起，例如電阻器、電感器或天線等。

在實際的研究過程中，經過大量的數據研究發現，石墨烯場效應晶體管器件的性能不均勻性是導致了上述的問題出現。由于石墨烯的原子形態暴露了所有的碳原子，環境中的空氣、水分以及其他雜質會污染石墨烯中的碳原子，這些污染物容易導致石墨烯表面甚至整個石墨烯層都會出現無法預測的特性退化，進而導致了石墨烯層出現不均勻，十分影響石墨烯層的導電效果。因此，即使對于批量制造的柔性石墨烯場效應晶體管器件，集成后石墨烯場效應晶體管器件之間的不均勻性也導致多柔性石墨烯場效應晶體管器件集成的結果與原始設計不一致。

發明內容

為了克服現有技術的不足之一，本發明的目的在于提供一種柔性石墨烯場效應晶體管及制備方法，本柔性石墨烯場效應晶體管及制備方法克服了石墨烯場效應晶體管器件性能均勻性的問題，便于批量制備具有高均勻性和長期穩定性的石墨烯場效應晶體管。

為解決上述問題，本發明所采用的技術方案如下：

石墨烯場效應晶體管集成器件的制備方法，包括

提供基片的步驟，提供具有柔性的基片，所述基片固定在襯底上；

柵極制備步驟，利用熱蒸鍍的方式在所述基片上形成柵極；

柵極介電層制備步驟，利用ALD原子層沉積鍍膜的方法在所述柵極上依次形成一層Ti成核層和HfO₂柵極介電層；

石墨烯層制備步驟，在所述HfO2柵極介電層上利用印章法轉移石墨烯，得到石墨烯層；

源極和漏極制備步驟，利用掩膜版光刻的方式在石墨烯層上制備得到源極和漏極；

包覆層制備步驟，利用ALD原子層沉積鍍膜的方法在所述石墨烯層上形成包覆層，所述源極和漏極露出所述包覆層；

石墨烯集成器件制備步驟，將所述包覆層制備步驟所得的基片與所述襯底剝離，得到石墨烯場效應晶體管；利用掩膜版光刻的方式通過金屬層分別將至少兩個所述石墨烯場效應晶體管進行串聯和/或并聯，連接方式為同一所述石墨烯場效應晶體管上的所述柵極與所述源極連接，一個所述石墨烯場效應晶體管上的所述柵極與另一個所述石墨烯場效應晶體管上的所述漏極連接。