專利名稱：一種石墨烯場效應(yīng)晶體管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及場效應(yīng)晶體管技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及ー種石墨烯場效應(yīng)晶體管。
背景技術(shù)：
采用SiO2作為柵介質(zhì)時(shí)，石墨烯溝道薄膜的性能遠(yuǎn)不如其本征狀態(tài)吋。而采用懸空結(jié)構(gòu)的石墨烯溝道場效應(yīng)器件的性能上卻有了明顯的提高，然而這種懸空結(jié)構(gòu)使得器件結(jié)構(gòu)和功能性都受到嚴(yán)重的限制，無法實(shí)際應(yīng)用。實(shí)現(xiàn)接近于懸空石墨烯樣品質(zhì)量的有襯底支撐的幾何結(jié)構(gòu)是未來石墨烯器件結(jié)構(gòu)的重要研究方向。機(jī)械剝離并轉(zhuǎn)移到單晶h-BN襯底上的石墨烯薄膜在不同溫度和磁場中的輸運(yùn)特性，與SiO2基石墨烯器件相比，表現(xiàn)出更高的遷移率和更好的載流子分布均勻性，并且有效抑制了 SiO2作襯底時(shí)的本征摻雜問題。在SiO2襯底上，石墨烯中的載流子遷移率主要受到界面態(tài)、雜質(zhì)、表面懸掛鍵和SiO2表面光學(xué)聲子的限制。同時(shí)，這些界面態(tài)、雜質(zhì)和懸掛鍵會(huì)導(dǎo)致石墨烯薄膜在Dirac點(diǎn)附近出現(xiàn)ニ維電子氣的非均勻分布以及摻雜效應(yīng)，從而破壞Dirac點(diǎn)附近的電中性。同樣的，采用其它與SiO2類似的氧化物作柵介質(zhì)時(shí)，也有著相同的問題。

實(shí)用新型內(nèi)容針對(duì)上述問題，本實(shí)用新型的目的在于提供ー種石墨烯場效應(yīng)晶體管，該石墨烯場效應(yīng)晶體管的特性好。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下:ー種石墨烯場效應(yīng)晶體管，其特征在于，包括襯底、石墨烯溝道層、h-BN材質(zhì)的底柵介質(zhì)層、h-BN材質(zhì)的頂柵介質(zhì)層、源電極、漏電極和頂柵電極，所述頂柵介質(zhì)層和底柵介質(zhì)層分別位于石墨烯溝道層的上方和下方，襯底位于底柵介質(zhì)層的下方，源電極和漏電極分別位于石墨烯溝道層的兩端，頂柵電極位于頂柵介質(zhì)層上。本實(shí)用新型的石墨烯場效應(yīng)晶體管的微波和射頻特性好。本實(shí)用新型的特點(diǎn)可參閱本案圖式及以下較好實(shí)施方式的詳細(xì)說明而獲得清楚地了解。

圖1為本實(shí)用新型的石墨稀場效應(yīng)晶體管的不意圖。
具體實(shí)施方式
為了使本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)ー步闡述本實(shí)用新型。如圖1所不，一種石墨稀場效應(yīng)晶體管，包括襯底110、石墨稀溝道層130、底棚介質(zhì)層120、頂柵介質(zhì)層140、源電極150、漏電極160和頂柵電極170，頂柵介質(zhì)層140和底柵介質(zhì)層120分別位于石墨烯溝道層130的上方和下方，襯底110位于底柵介質(zhì)層120的下方，源電極150和漏電極160分別位于石墨烯溝道層的兩端，頂柵電極170位于頂柵介質(zhì)層140上。其中，構(gòu)成頂柵電極的材料為Ti/Au。構(gòu)成源電極、漏電極的材料為Cr/Au。構(gòu)成石墨烯溝道層的材料為單層或雙層石墨烯。本實(shí)用新型的石墨烯場效應(yīng)晶體管的微波與射頻特性好。另外，底柵介質(zhì)層120、頂柵介質(zhì)層140均是采用h-BN(六方氮化硼)作為柵介質(zhì)。h-BN與石墨具有類似的結(jié)構(gòu)。單層BN為強(qiáng)離子鍵的形成的平面結(jié)構(gòu)，因此單層BN平面相對(duì)比較穩(wěn)定，BN層與層之間為范德華力，且沒有懸掛鍵以及表面電荷陷阱。BN的禁帶寬度為5.97eV,同時(shí)原子級(jí)的平面可以有效抑制石墨烯中的褶皺。h-BN的介電特性與SiO2大致相當(dāng)，相對(duì)介電常數(shù)e約為3到4，擊穿電場強(qiáng)度約為1.7V/nm。因此可用h_BN作為柵介質(zhì)，來替代目前石墨烯場效應(yīng)晶體管中的Si02、Hf02等氧化物，從而提升石墨烯場效應(yīng)晶體管的性能。由于h-BN的表面光學(xué)聲子模式比SiO2中的相近模式的能量大兩倍，因此以h-BN作為柵介質(zhì)的石墨烯場效應(yīng)晶體管在高溫和強(qiáng)電場下的特性會(huì)比典型的以SiO2作為柵介質(zhì)的石墨烯場效應(yīng)晶體管特性要好，同時(shí)由與載流子遷移率更高，因此這種器件的微波與射頻特性也更好。該石墨烯場效應(yīng)晶體管的制備方法，包括以下步驟:(I)提供紅外線可穿透的襯底110，襯底上的氧化層111為285nm厚；(2)采用機(jī)械剝離法剝離出單層h = BN,并將其轉(zhuǎn)移到襯底110上，得到h-BN材質(zhì)的底柵介質(zhì)層120 ；(3)在另ー襯底上先涂上ー層水溶性層(Mitsubishi Rayon aquaSAVE),再在其上涂上PMMA (聚甲基丙烯酸甲酯)，然后將石墨烯片轉(zhuǎn)移在PMMA之上；再將其整個(gè)放于去離子水溶液中，水溶性層溶解后，該襯底沉入水底，而PMMA以及其上的石墨烯片將會(huì)漂浮在水面上，得到一面帶有PMMA的石墨烯片。(4)然后再將該石墨烯片轉(zhuǎn)移到載玻片上，這個(gè)載玻片被固定在光學(xué)顯微鏡的機(jī)械手上。然后再光學(xué)顯微鏡的幫助下使石墨烯片的PMMA面與h-BN材質(zhì)的底柵介質(zhì)層對(duì)準(zhǔn)然后使它們粘合。在轉(zhuǎn)移過程中，襯底110需要加熱到110°C以便于去除在吸附在石墨烯或者h(yuǎn)-BN表面上的多余水分，并且也促進(jìn)PMMA與h-BN的結(jié)合。(5)轉(zhuǎn)移完成后，將其放入酸中使石墨烯片上的PMMA溶解，得到石墨烯溝道層130 ；(6)在石墨烯溝道層130的兩端用標(biāo)準(zhǔn)的電子束光刻定義源和漏的電極，用熱蒸發(fā)法蒸上0.1xm的Cr和50nm的Au以形成源、漏電極,接觸電阻大約在200 Qum,得到源電極150和漏電極160 ；(7)然后再往石墨烯溝道層上轉(zhuǎn)移第二層h-BN，形成h-BN材質(zhì)的頂柵介質(zhì)層140 ；(8)在頂柵介質(zhì)層上用標(biāo)準(zhǔn)的電子束光刻定義頂柵，再用濺射法形成IOnm的Ti和40nm的Au頂柵電極170。制作出的器件頂柵長度為450nm,源漏間距為850nm,器件有源區(qū)的寬度為3um,頂柵介質(zhì)厚為8.6nm。(9)樣品制備完成以后，用Keithley公司的4200-SCS半導(dǎo)體特性分析系統(tǒng)對(duì)其直流1-V特性以及其電容特性進(jìn)行了表征，其頂柵電容為0.39uF/cm2，導(dǎo)電的硅襯底與285nm厚的SiO2和h-BN—起形成了器件的底柵。頂柵與底柵電容之比為CTC/CB(；た30。以上顯示和描述了本實(shí)用新型的基本原理、主要特征和本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本實(shí)用新型不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是本實(shí)用新型的原理，在不脫離本實(shí)用新型精神和范圍的前提下本實(shí)用新型還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本實(shí)用新型的范圍內(nèi)。本實(shí)用新型要求的保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等同物界定。
權(quán)利要求1.ー種石墨烯場效應(yīng)晶體管，其特征在于，包括襯底、石墨烯溝道層、h-BN材質(zhì)的底柵介質(zhì)層、h-BN材質(zhì)的頂柵介質(zhì)層、源電極、漏電極和頂柵電極，所述頂柵介質(zhì)層和底柵介質(zhì)層分別位于石墨烯溝道層的上方和下方，襯底位于底柵介質(zhì)層的下方，源電極和漏電極分別位于石墨烯溝道層的兩端，頂柵電極位于頂柵介質(zhì)層上。
專利摘要本實(shí)用新型的目的在于提供一種石墨烯場效應(yīng)晶體管，包括襯底、石墨烯溝道層、h-BN材質(zhì)的底柵介質(zhì)層、h-BN材質(zhì)的頂柵介質(zhì)層、源電極、漏電極和頂柵電極，所述頂柵介質(zhì)層和底柵介質(zhì)層分別位于石墨烯溝道層的上方和下方，襯底位于底柵介質(zhì)層的下方，源電極和漏電極分別位于石墨烯溝道層的兩端，頂柵電極位于頂柵介質(zhì)層上。本實(shí)用新型的石墨烯場效應(yīng)晶體管的微波與射頻特性好。
文檔編號(hào)H01L29/423GK202948933SQ20122004756
公開日2013年5月22日 申請(qǐng)日期2012年2月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月15日
發(fā)明者馬中發(fā), 莊弈琪, 吳勇, 張鵬, 張策, 包軍林 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)