專利名稱：硅基石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及半導(dǎo)體器件領(lǐng)域，特別涉及硅基石墨烯晶體管。
背景技術(shù)：
石墨烯(Graphene)是一種由單層或數(shù)層(低于100層)碳原子組成的薄片，這樣的二維石墨薄片被證實(shí)有許多超強(qiáng)屬性，如它的電子在亞微米距離中以彈道方式輸運(yùn)，不會(huì)有任何的散射，具有非常吸引人的導(dǎo)電能力，這為制造超性能晶體管提供了條件。石墨烯晶體管可以在室溫下工作，有預(yù)言石墨烯薄膜可能最終替代硅，因?yàn)槭┚w管比硅管更高效，更快而耗能更低。石墨烯給半導(dǎo)體行業(yè)帶來(lái)了一個(gè)新的機(jī)遇，當(dāng)未來(lái)65nm、45nm甚至32nm的硅制程不能滿足半導(dǎo)體工業(yè)需求的時(shí)候，或許就應(yīng)該由石墨烯來(lái)替代它。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型提供了一種硅基石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于，自下而上包括柵電極、低阻硅層、柵極電介質(zhì)層以及石墨烯層，該晶體管的源區(qū)和漏區(qū)位于該石墨烯層中，溝道區(qū)位于源區(qū)和漏區(qū)之間。所述低阻硅層的電阻率為0.01-10 Q Cm，或者摻雜濃度為lE18-lE20/cm3。由此，本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了比硅晶體管更高效、更快而耗能更低的石墨烯晶體管?？蛇x地，所述低阻硅層是p型或n型的。可選地，所述低阻硅層由具有(111)或(100)或(110)晶面的硅襯底構(gòu)成。可選地，所述柵極電介質(zhì)層由氧化所述低阻硅層的一部分而形成的二氧化硅層、淀積在所述低阻硅層上的二氧化硅層、或者淀積在所述低阻硅層上的高k電介質(zhì)層構(gòu)成?？蛇x地，所述石墨烯層由石墨烯二維晶體材料構(gòu)成?？蛇x地，所述石墨烯層由碳化硅膜熱分解而形成的石墨烯二維晶體材料構(gòu)成；所述石墨烯二維晶體材料的層數(shù)由所述碳化硅膜的碳硅雙原子層數(shù)決定?？蛇x地，所述碳化硅膜的厚度為I 100個(gè)碳硅雙原子層。

圖I示出了根據(jù)本實(shí)用新型的硅基石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管的一個(gè)例子的示意性剖面圖。
具體實(shí)施方式
如圖I所示，根據(jù)本實(shí)用新型的場(chǎng)效應(yīng)晶體管自下而上依次包括柵電極100、低阻硅層200、柵極電介質(zhì)層300以及石墨烯層400，該晶體管的源區(qū)410和漏區(qū)420位于該石墨烯層400中，溝道區(qū)位于源區(qū)410和漏區(qū)420之間。源區(qū)410和漏區(qū)420上方分別還有相應(yīng)的源電極510和漏電極520。所述低阻硅層200可以是p型或n型的，優(yōu)選的，所述低阻硅層200可以由具有(111)或(100)或(110)晶面的硅襯底構(gòu)成。所述低阻硅層200的電阻率為0. 01-10Q Cm，或者摻雜濃度為lE18-lE20/cm3。所述柵極電介質(zhì)層300可以由氧化所述低阻硅層200的一部分而形成的二氧化硅層、淀積在所述低阻硅層上的二氧化硅層、或者淀積在所述低阻硅層上的高k電介質(zhì)層構(gòu)成。優(yōu)選的，所述石墨烯層400可以由石墨烯二維晶體材料構(gòu)成。優(yōu)選的，所述石墨烯層由碳化硅膜熱分解而形成的石墨烯二維晶體材料構(gòu)成；所述石墨烯二維晶體材料的層數(shù)由所述碳化硅膜的碳硅雙原子層數(shù)決定。可選地，所述碳化硅膜的厚度為I 100個(gè)碳硅雙原子層。所述柵電極100可以由例如用磁控濺射方法在所述低阻硅層200背面濺射形成的金屬層構(gòu)成，厚0. 5-1微米。所述金屬可以是招或銀，在300-600°C溫度、Ar氣氛或N2氣氛下快速退火1-5分鐘，以與所述低阻硅層200之間形成歐姆接觸。所述金屬也可以是金或鎳或鉬等，在600-1050°C溫度、真空或Ar氣氛下快速退火約1_5分鐘，以與所述低阻硅層 200之間形成歐姆接觸。源電極510和漏電極520可以是例如用電子束蒸發(fā)方法在石墨烯層上形成的諸如鉬或金等的金屬，厚100-500納米，其與所述石墨烯層之間形成歐姆接觸。以上以舉例的方式描述了根據(jù)本實(shí)用新型的硅基石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管，然而，這并不意圖限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以想到的上述實(shí)例的任何修改或變型都落入由所附權(quán)利要求限定的本實(shí)用新型的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種硅基石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于，自下而上包括柵電極、低阻硅層、柵極電介質(zhì)層以及石墨烯層，該晶體管的源區(qū)和漏區(qū)位于該石墨烯層中，溝道區(qū)位于源區(qū)和漏區(qū)之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的晶體管，其特征在于所述低阻硅層是p型或n型的。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的晶體管，其特征在于所述低阻硅層由具有(111)或(100)或(110)晶面的硅襯底構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的晶體管，其特征在于所述柵極電介質(zhì)層由氧化所述低阻硅層的一部分而形成的二氧化硅層、淀積在所述低阻硅層上的二氧化硅層、或者淀積在所述低阻硅層上的高k電介質(zhì)層構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的晶體管，其特征在于所述石墨烯層由石墨烯二維晶體材料構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的晶體管，其特征在于所述石墨烯層由碳化硅膜熱分解而形成的石墨烯二維晶體材料構(gòu)成。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的晶體管，其特征在于所述石墨烯二維晶體材料的層數(shù)由所述碳化娃膜的碳娃雙原子層數(shù)決定。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的晶體管，其特征在于所述碳化硅膜的厚度為I 100個(gè)碳娃雙原子層。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種硅基石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于，自下而上包括柵電極、低阻硅層、柵極氧化物層以及石墨烯層，該晶體管的源區(qū)和漏區(qū)位于該石墨烯層中，溝道區(qū)位于源區(qū)和漏區(qū)之間。
文檔編號(hào)H01L29/78GK202633318SQ20122004751
公開日2012年12月26日 申請(qǐng)日期2012年2月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月14日
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