[发明专利]石墨烯晶体管以及制造石墨烯器件的方法

说明书

技术领域

本公开涉及石墨烯器件及其制造方法。

背景技术

硅（Si）基半导体器件的集成度和容量已经被极大地提高。然而，由于Si材料的特性和制造工艺的限制，预计在将来实现更高集成和更高容量的Si基半导体器件会更加困难。

因此，正在对克服Si基半导体器件的限制的下一代器件进行研究。例如，已经试图通过使用诸如石墨烯的碳基纳米结构来制造高性能器件。石墨烯是由碳原子构成的单层六边形结构，它是化学稳定和结构稳定的，并表现出期望的电/物理性质。例如，石墨烯具有高达约2×10⁵cm²/Vs的电荷迁移率，比硅的电荷迁移率快一百倍以上，并具有约10⁸A/cm²的电流密度，比铜（Cu）的电流密度大一百倍以上。因此，石墨烯作为克服一般器件的限制的下一代材料已经受到关注。

然而，因为在石墨烯的形成工艺中存在一些限制，所以利用石墨烯来制造器件是相对困难的。通过现有的技术，在绝缘薄膜上生长高质量的石墨烯是相对困难的。因此，石墨烯不得不形成在金属薄膜上然后被转移到另一基板上。然而，在转移石墨烯期间，石墨烯会具有一些缺陷或被暴露于污染物。此外，对石墨烯的操作也是不容易的。因此，制造应用石墨烯的器件受到限制。

发明内容

各个实施例涉及高性能石墨烯器件及其制造方法。

各个实施例还涉及制造石墨烯器件的方法，在该方法中对石墨烯的损伤或污染被防止或最小化。

一种制造石墨烯器件的方法可以包括：在第一基板上形成石墨烯层；在第一基板上形成器件部分，该器件部件包括石墨烯层；将第二基板附接到器件部分上；以及移除第一基板。

形成器件部分可以包括形成分别接触石墨烯层的第一区和第二区的源电极和漏电极。

形成器件部分可以包括：形成覆盖石墨烯层、源电极和漏电极的栅绝缘层；以及在栅绝缘层上且在源电极与漏电极之间形成栅极。

该方法还可以包括：形成覆盖器件部分且设置于器件部分与第二基板之间的绝缘层；以及蚀刻部分的绝缘层和部分的栅绝缘层以暴露源电极、漏电极和栅极。

该方法还可以包括：在移除第一基板之后，将第三基板附接在器件部分上，其中器件部分设置在第二基板与第三基板之间。

该方法还可以包括移除第二基板。

第三基板可以是玻璃基板、塑料基板和聚合物基板之一。

第三基板可以是柔性基板。

该方法还可以包括在器件部分与第三基板之间形成保护层。

该方法还可以包括在移除第一基板之后形成覆盖器件部分的绝缘层，其中器件部分设置在绝缘层与第二基板之间。

源电极、漏电极和栅极可以形成为分别包括第一焊垫部、第二焊垫部和第三焊垫部，其中绝缘层形成为覆盖第一至第三焊垫部。该方法还可以包括蚀刻部分的绝缘层以暴露第一至第三焊垫部。

该方法还可以包括：在移除第一基板之后形成覆盖石墨烯层、源电极和漏电极的栅绝缘层；以及在栅绝缘层上且在源电极与漏电极之间形成栅极。

源电极和漏电极可以形成为分别包括第一焊垫部和第二焊垫部，该方法还可以包括蚀刻部分的栅绝缘层以暴露第一焊垫部和第二焊垫部。

该方法还可以包括在第一基板与石墨烯层之间形成催化剂层。

该方法还可以包括在第一基板与催化剂层之间形成中间层。

移除第一基板可以包括蚀刻催化剂层。

移除第一基板可以包括蚀刻催化剂层和中间层之一。

该方法还可以包括在附接第二基板之前，在第一基板上形成覆盖器件部分的保护层。

第二基板可以是聚合物基板。

该方法还可以包括：在第一基板上形成包括多个器件部分的器件层；以及通过图案化器件层而分离多个器件部分。

牺牲层可以进一步设置在第一基板与器件层之间。

移除第一基板可以包括通过在多个器件部分之间注入蚀刻溶液而蚀刻牺牲层。

牺牲层可以是金属层或绝缘层。

一种石墨烯晶体管可以包括：在基板上的第一绝缘层，该第一绝缘层具有凹入部；石墨烯器件部分，形成在第一绝缘层的凹入部上；以及第二绝缘层，形成为覆盖石墨烯器件部分，其中石墨烯器件部分可以包括：栅极；覆盖栅极的栅绝缘层；在栅极两侧的栅绝缘层上的源电极和漏电极；以及接触源电极和漏电极的石墨烯层。

栅绝缘层可以在石墨烯层周围延伸到第一绝缘层上。