[发明专利]石墨烯-金属接合结构、其制造方法和半导体器件

说明书

本发明提供一种石墨烯‑金属接合结构、制造石墨烯‑金属接合结构的方法和包括该石墨烯‑金属接合结构的半导体器件。根据示例实施方式，一种石墨烯‑金属接合结构包括：石墨烯层；在石墨烯层上的金属层；以及在石墨烯层和金属层之间的中间材料层。中间材料层从中间材料层中包含的材料的接触金属层的边界部分与金属层形成边缘接触。

技术领域

本公开涉及石墨烯-金属接合结构，更具体而言，涉及能够减小石墨烯和金属之间的接触电阻的石墨烯-金属接合结构、制造该石墨烯-金属接合结构的方法、和/或包括该石墨烯-金属接合结构的半导体器件。

背景技术

近来，对于将石墨烯应用到各种领域(例如，纳米电子学、光电子学以及化学传感器)的研究已经被积极地进行。石墨烯是具有碳原子二维地连接到彼此的结构的材料。石墨烯非常薄。例如，石墨烯层的厚度可以等于单原子层的厚度。这样的石墨烯通常作为一片来使用。石墨烯具有优于硅的优良电子迁移率和热特性。石墨烯可以是化学上稳定的，并且可具有大的表面积。石墨烯可以通过利用化学气相沉积(CVD)方法来合成，或可以通过逐层地剥落石墨而获得。然而，如果石墨烯被应用于诸如晶体管的半导体器件，则半导体器件的性能可因为石墨烯和金属之间的接触电阻增加而退化。

发明内容

提供石墨烯-金属接合结构、制造该石墨烯-金属接合结构的方法、和/或包括该石墨烯-金属接合结构的半导体器件。

额外的方面将在以下的描述中部分地被阐述，并且部分将自该描述明显或者可以通过对示例实施方式的实践而习知。

根据示例实施方式，一种石墨烯-金属接合结构包括：石墨烯层；在石墨烯层上的金属层；以及在石墨烯层和金属层之间的中间材料层。中间材料层从中间材料层中包含的材料的接触金属层的边界部分与金属层形成边缘接触。

在示例实施方式中，中间材料层可以包括碳基材料。中间材料层可以包括具有多个孔的多孔材料、包括多个晶粒的晶体材料以及图案化的石墨烯中的至少一种。多个孔可以是纳米级的，多个晶粒可以是纳米级的。

在示例实施方式中，多孔材料可以是被选择性还原的石墨烯氧化物或者多个碳纳米管(CNT)，晶体材料可以是包括纳米级晶粒的纳米晶体石墨烯。中间材料层可以被图案化。

在示例实施方式中，中间材料层可以具有其中多个材料层彼此层叠的多层结构。多个材料层可以包括接触金属层的材料层。接触金属层的材料层可以包括具有多个孔的多孔材料、包括多个晶粒的晶体材料以及图案化的石墨烯中的至少一种。

根据示例实施方式，一种制造石墨烯-金属接合结构的方法包括：在基板上形成石墨烯层；在石墨烯层上形成中间材料层，该中间材料层包括在石墨烯层上的碳基材料；以及在中间材料层上形成金属层。中间材料层从中间材料层中包含的材料的接触金属层的边界部分与金属层形成边缘接触。

在示例实施方式中，石墨烯层或者中间材料层可以通过转移法、沉积法、生长法、分散涂布法或喷涂法形成。该方法还可以包括在形成中间材料层之后图案化中间材料层。

在示例实施方式中，形成中间材料层可以包括：在石墨烯层上形成至少一片石墨烯；以及图案化该至少一片石墨烯。

根据示例实施方式，一种半导体器件包括：在基板上彼此间隔开的第一电极和第二电极，第一和第二电极包括金属；在基板上在第一电极和所述第二电极之间的栅极绝缘层；在栅绝缘层上的栅极电极；在基板和第一电极之间的第一石墨烯层；在基板和第二电极之间的第二石墨烯层；在第一石墨烯层和第一电极之间的第一中间材料层，第一中间材料层从第一中间材料层中包含的材料的接触第一电极的边界部分与第一电极形成边缘接触；以及在第二石墨烯层和第二电极之间的第二中间材料层，第二中间材料层从第二中间材料层中包含的材料的接触第二电极的边界部分与第二电极形成边缘接触。