[发明专利]基于Ni膜退火和氯气反应的侧栅石墨烯晶体管制备方法

权利要求书

1.一种基于Ni膜退火和氯气反应的侧栅石墨烯晶体管制备方法，包括以下步骤：

（1）对4-12英寸的Si衬底基片进行标准清洗；

（2）将清洗后的Si衬底基片放入化学气相淀积CVD系统反应室中，对反应室抽真空达到10^-7mbar级别；在H₂保护的情况下，使反应室逐步升温至900℃-1200℃，通入C₃H₈气体，生长一层碳化层；

（3）对反应室升温至3C-SiC的生长温度，通入C₃H₈和SiH₄，进行3C-SiC薄膜异质外延生长，生长时间为30-60min，然后在H₂保护下逐步降温至室温，完成3C-SiC薄膜的生长；

（4）在生长好的3C-SiC薄膜表面利用等离子体增强化学气相沉积PECVD方法，淀积一层0.5-1μm厚的SiO₂掩膜层；

（5）在SiO₂层上刻出侧栅晶体管图形窗口：

5a）按照侧栅石墨烯晶体管的侧栅极G、源极S、漏极D、导电沟道位置制作成光刻版；

5b）在掩膜表面以旋涂一层浓度为3%的丙烯酸树脂PMMA溶液，并在180℃下烘烤60秒，使其与掩膜紧密结合在一起；

5c）用电子束对PMMA层曝光，将光刻版上的图形转移到SiO₂掩膜上；

5d）使用缓冲氢氟酸对SiO₂掩膜层进行腐蚀，露出3C-SiC，形成侧栅晶体管的侧栅极、源极、漏极和导电沟道图形的窗口；

（6）将形成窗口的样片置于石英管中，加热至700-1100℃；

（7）向石英管中通入Ar气和Cl₂气的混合气体，持续3-5min，使Cl₂与裸露的3C-SiC发生反应，生成具有侧栅晶体管侧栅极、源极、漏极和导电沟道图形的碳膜；

（8）将生成的碳膜样片置于缓冲氢氟酸溶液中以去除窗口之外的SiO₂；

（9）在碳膜样片上电子束沉积300-500nm厚的Ni膜；

（10）将沉积有Ni膜的碳膜样片置于Ar气中，在温度为900-1100℃下退火15-30分钟，使碳膜膜在侧栅石墨烯晶体管的侧栅极、源极、漏极和导电沟道位置重构成连续的石墨烯；将石墨烯样片置于HCl和CuSO₄混合溶液中以去除Ni膜；

（11）在已经形成侧栅极、源极、漏极和导电沟道的石墨烯样片上用电子束蒸发的方法淀积金属Pd/Au接触层；

（12）光刻金属接触层：

按照侧栅石墨烯晶体管的侧栅、源、漏金属电极位置制作光刻版；

将浓度为7%的的丙烯酸树脂PMMA溶液旋涂于金属层上，并用180℃烘烤60秒，使其与金属层紧密接触；

用电子束曝光丙烯酸树脂PMMA，使光刻版上的图形转移到金属接触层上，再用氧气作为刻蚀气体对金属接触层进行RIE刻蚀；

（13）使用丙酮溶液浸泡制作好的样品10分钟，以去除残留的丙烯酸树脂PMMA并烘干，获得侧栅石墨烯晶体管。

2.根据权利要求1所述的基于Ni膜退火和氯气反应的侧栅石墨烯晶体管制备方法，其特征在于所述步骤（2）中生长碳化层的工艺条件为：反应室温度为900℃-1200℃，反应气体C₃H₈流量为30sccm，反应时间5-10min。

3.根据权利要求1所述的基于Ni膜退火和氯气反应的侧栅石墨烯晶体管制备方法，其特征在于所述步骤（3）通入的SiH₄和C₃H₈，其流量分别为20-30sccm和40-60sccm。

4.根据权利要求1所述的基于Ni膜退火和氯气反应的侧栅石墨烯晶体管制备方法，其特征在于所述步骤（4）中利用PECVD淀积SiO₂，其工艺条件为：

SiH₄、N₂O和N₂的流速分别为30sccm、60sccm和200sccm，

反应腔内压力为3.0Pa，

射频功率为100W，

淀积温度为150℃，

淀积时间为30-100min。