[发明专利]石墨烯场效应晶体管及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳电子器件领域，具体涉及一种柔性场效应晶体管以及该种器件的一种制造方法。

背景技术

常规场效应晶体管是基于硅衬底的，沟道采用掺杂的硅，栅介质采用二氧化硅或者高K材料，栅材料有多晶硅和金属，栅的结构有顶栅、侧栅、背栅和环栅等，栅压通过金属互连线由外部电源供给。

石墨烯具有很多优异的性能，它是迄今为止发现的最薄的材料，具有很高的机械强度和很好的延展性，它的抗断强度达到42N m^-1，是钢的200倍，抗张强度可以达到130Gpa(Changgu Lee and Xiaoding Wei et al.，Measurement of the Elastic Properties and Intrinsic Strength of Monolayer Graphene，Science Vol.321，2008)。更为重要的是，石墨烯的有效质量为零，室温下它的载流子在微米输运长度内几乎不发生散射，具有很高的本征迁移率，可达到200000cm²/Vs(S.V.Morozov and K.S.Novoselov et al.，Giant Intrinsic Carrier Mobilities in Graphene and Its Bilayer，Physical Review Letters 100016022008)。如何利用石墨烯制备场效应晶体管是目前研究的热点和难点。

发明内容

本发明的目的在于提出一种利用石墨烯制备压电场效应晶体管的方法。

本发明提供一种石墨烯场效应晶体管，包括柔性衬底，在所述柔性衬底上设有源、漏电极，以及连接源、漏电极的石墨烯材料，在石墨烯材料上设有一裹着介质层的氧化锌纳米线，所述石墨烯材料作为沟道，所述氧化锌纳米线作为栅电极。本发明压电场效应晶体管采用氧化锌纳米线做栅电极，石墨烯做沟道，通过施加外力来控制晶体管的工作状态。施加外力的方法有多种，可以人为手动施加，可以通过超声的方法施加以及可以通过生物组织的振动(如心脏的跳动等)来施加等。

本发明场效应晶体管的基本工作原理：

当对氧化锌纳米线的一端施加拉力，纳米线被拉伸，这时氧化锌纳米线的另一端产生正的电势，氧化锌纳米线下面设有石墨烯，那么该正的电势可以使石墨烯(假设石墨烯为P型)沟道开启；当拉力撤去，压电势消失，纳米线下方的沟道关闭。这样通过控制外界拉力的施加与否就可以控制本发明场效应晶体管的工作状态。

本发明的场效应晶体管的制备方法，具体包括：

1，石墨烯的生长与转移：采用剥离或者CVD的方法制备石墨烯，并将石墨烯转移到KAPTON、PDMS、PMMA、TPU等柔软衬底上。

2，沟道区的定义：通过光刻，刻蚀掉除沟道区以外的石墨烯。

3，源漏电极的制备：在用作沟道区的石墨烯的两端，通过曝光，显影，淀积金属和剥离工艺，淀积上金属，用作源漏电极。

4，氧化锌纳米线的生长和栅介质层的淀积：采用溶液热分解法或者化学气相沉积法生长氧化锌纳米线，淀积介质层的方法之一是通过ALD等方法在氧化锌纳米线的表面淀积上一层介质材料，如SiO₂，Al₂O₃和HfO₂等。栅电极的转移：通过物理干法转移或者交流介电泳法将氧化锌纳米线转移到沟道区域。在外力作用下，氧化锌纳米线的端部产生的电势最大，栅控作用最强。

5，纳米线的固定：在氧化锌纳米线两端淀积上金属，以固定氧化锌纳米线。

源、漏淀积的金属没有特别的限制，可以是Ti、Au、Al、Cu、Ag和Pt等，也可以是其他合适的材料。用于淀积介质层的工艺可以采用ALD(原子层沉积)，也可以采用其他工艺。用于固定氧化锌纳米线的材料可以是金属也可以是聚合物等与衬底粘附性好的材料。本发明的优点与技术效果如下：

本发明提出的场效应晶体管采用石墨烯做沟道，利用其良好的延展性和高迁移率特性，可以提高器件的可靠性和工作速度，并且由于石墨烯是二维平面结构，易于和传统硅平面工艺结合，有利于实现器件的大规模集成。