[实用新型]硅基石墨烯场效应晶体管

说明书

技术领域

本实用新型涉及半导体器件领域，特别涉及硅基石墨烯晶体管。 

背景技术

石墨烯（Graphene）是一种由单层或数层（低于100层）碳原子组成的薄片，这样的二维石墨薄片被证实有许多超强属性，如它的电子在亚微米距离中以弹道方式输运，不会有任何的散射，具有非常吸引人的导电能力，这为制造超性能晶体管提供了条件。石墨烯晶体管可以在室温下工作，有预言石墨烯薄膜可能最终替代硅，因为石墨烯晶体管比硅管更高效，更快而耗能更低。石墨烯给半导体行业带来了一个新的机遇，当未来65nm、45nm甚至32nm的硅制程不能满足半导体工业需求的时候，或许就应该由石墨烯来替代它。 

实用新型内容

本实用新型提供了一种硅基石墨烯场效应晶体管，其特征在于，自下而上包括：栅电极、低阻硅层、栅极电介质层以及石墨烯层，该晶体管的源区和漏区位于该石墨烯层中，沟道区位于源区和漏区之间。所述低阻硅层的电阻率为0.01-10Ω·cm，或者掺杂浓度为1E18-1E20/cm³。由此，本实用新型实现了比硅晶体管更高效、更快而耗能更低的石墨烯晶体管。 

可选地，所述低阻硅层是p型或n型的。 

可选地，所述低阻硅层由具有（111）或（100）或（110）晶面的硅衬底构成。 

可选地，所述栅极电介质层由氧化所述低阻硅层的一部分而形成的二氧化硅层、淀积在所述低阻硅层上的二氧化硅层、或者淀积在所述低阻硅层上的高k电介质层构成。 

可选地，所述石墨烯层由石墨烯二维晶体材料构成。 

可选地，所述石墨烯层由碳化硅膜热分解而形成的石墨烯二维晶体材料构成；所述石墨烯二维晶体材料的层数由所述碳化硅膜的碳硅双原子层数决定。可选地，所述碳化硅膜的厚度为1～100个碳硅双原子层。 

附图说明

图1示出了根据本实用新型的硅基石墨烯场效应晶体管的一个例子的示意性剖面图。 

具体实施方式

如图1所示，根据本实用新型的场效应晶体管自下而上依次包括：栅电极100、低阻硅层200、栅极电介质层300以及石墨烯层400，该晶体管的源区410和漏区420位于该石墨烯层400中，沟道区位于源区410和漏区420之间。源区410和漏区420上方分别还有相应的源电极510和漏电极520。所述低阻硅层200可以是p型或n型的，优选的，所述低阻硅层200可以由具有（111）或（100）或（110）晶面的硅衬底构成。所述低阻硅层200的电阻率为0.01-10Ω·cm，或者掺杂浓度为1E18-1E20/cm³。 

所述栅极电介质层300可以由氧化所述低阻硅层200的一部分而形成的二氧化硅层、淀积在所述低阻硅层上的二氧化硅层、或者淀积在所述低阻硅层上的高k电介质层构成。 

优选的，所述石墨烯层400可以由石墨烯二维晶体材料构成。 

优选的，所述石墨烯层由碳化硅膜热分解而形成的石墨烯二维晶体材料构成；所述石墨烯二维晶体材料的层数由所述碳化硅膜的碳硅双原子层数决定。可选地，所述碳化硅膜的厚度为1～100个碳硅双原子层。 

所述栅电极100可以由例如用磁控溅射方法在所述低阻硅层200背面溅射形成的金属层构成，厚0.5-1微米。所述金属可以是铝或银，在300-600℃温度、Ar气氛或N₂气氛下快速退火1-5分钟，以与所述低阻硅层200之间形成欧姆接触。所述金属也可以是金或镍或铂等，在600-1050℃温度、真空或Ar气氛下快速退火约1-5分钟，以与所述低阻硅层200之间形成欧姆接触。 

源电极510和漏电极520可以是例如用电子束蒸发方法在石墨烯层上形成的诸如铂或金等的金属，厚100-500纳米，其与所述石墨烯层之间形成欧姆接触。 

以上以举例的方式描述了根据本实用新型的硅基石墨烯场效应晶体管，然而，这并不意图限制本发明的保护范围。本领域技术人员可以想到的上述实例的任何修改或变型都落入由所附权利要求限定的本实用新型的范围内。