[发明专利]一种基于ALD的石墨烯基热电子晶体管及其制备方法

权利要求书

1.一种基于ALD的石墨烯基热电子晶体管的制备方法，其特征在于，所述制备方法至少包括步骤：

1)提供一重掺杂N型Si，在所述重掺杂N型Si表面两侧生长发射区电极；

2)在所述重掺杂N型Si表面的发射区电极之间热氧化形成第一势垒；

3)在所述第一势垒表面形成单层石墨烯作为基区，并在所述单层石墨烯表面两侧形成基区电极；

4)利用ALD工艺在所述单层石墨烯表面的基区电极之间形成第二势垒，并在第二势垒表面形成金属集电区，完成石墨烯基热电子晶体管的制备。

2.根据权利要求1所述的基于ALD的石墨烯基热电子晶体管的制备方法，其特征在于：所述步骤1)中采用lift-off工艺生长所述金属发射区的具体过程为：

1-1)在所述重掺杂N型Si上旋涂光刻胶，并利用光刻定义发射区电极的位置和形状；

1-2)利用显影技术将需要生长发射区电极的位置的光刻胶去除；

1-3)利用电子束蒸发或者射频溅射方式在步骤1-2)获得的结构表面形成一层金属，并放入丙酮中，去除光刻胶及光刻胶上金属，保留的无光刻胶处的金属，形成发射区电极。

3.根据权利要求1所述的基于ALD的石墨烯基热电子晶体管的制备方法，其特征在于：所述第一势垒为SiO₂，所述第一势垒的厚度范围为5～8nm。

4.根据权利要求1所述的基于ALD的石墨烯基热电子晶体管的制备方法，其特征在于：所述步骤3)中采用机械剥离或者化学气相沉积生长转移的方法获得单层石墨烯薄膜，再采用光刻或电子束曝光定义单层石墨烯刻蚀图形，最后采用电感耦合等离子工艺刻蚀单层石墨烯薄膜形成步骤3)中所需的单层石墨烯。

5.根据权利要求4所述的基于ALD的石墨烯基热电子晶体管的制备方法，其特征在于：所述单层石墨烯的厚度范围为0.3～0.4nm。

6.根据权利要求1所述的基于ALD的石墨烯基热电子晶体管的制备方法，其特征在于：所述发射区电极和基区电极的材料均为Ti、Ni、Ru、Ir、Au、Pt、Co及其合金中的任意一种。

7.根据权利要求1所述的基于ALD的石墨烯基热电子晶体管的制备方法，其特征在于：所述步骤3)中形成基区电极之后还包括退火的步骤，以使基区电极与单层石墨烯之间形成欧姆接触，退火在真空环境或者惰性气体的保护中进行，退火的温度范围300～500℃，退火时间为0.5～3分钟。

8.根据权利要求1所述的基于ALD的石墨烯基热电子晶体管的制备方法，其特征在于：所述步骤3)和步骤4)中均采用lift-off工艺制备基区电极和集电区。

9.根据权利要求1所述的基于ALD的石墨烯基热电子晶体管的制备方法，其特征在于：所述步骤4)中利用ALD工艺在单层石墨烯上制备第二势垒的过程为：

4-1)先将工艺腔体加热至100℃，通入水进行水蒸气循环，使水分子作为金属源的成核点和氧化剂吸附在单层石墨烯上；

4-2)在100℃下，利用ALD工艺生长一部分高K材料；

4-3)升高温度至180～220℃，继续利用ALD工艺生长剩余的高K材料，形成第二势垒。

10.根据权利要求1所述的基于ALD的石墨烯基热电子晶体管的制备方法，其特征在于：所述第二势垒的材料为Al₂O₃、HfO₂、La₂O₅或Gd₂O₃中的任意一种，所述第二势垒的厚度范围为20～25nm。

11.一种利用如权利要求1所述的制备方法制备的石墨烯基热电子晶体管，其特征在于，所述石墨烯基热电子晶体管至少包括：

重掺杂N型Si；

生长于所述重掺杂N型Si表面两侧的发射区电极；

形成于重掺杂N型Si表面发射区电极之间的第一势垒；

形成于所述第一势垒表面的单层石墨烯；

形成于所述单层石墨烯表面两侧的基区电极；

形成于所述单层石墨烯表面基区电极之间的第二势垒；

形成于所述第二势垒表面的集电区。