[发明专利]一种石墨烯场效应晶体管及其制作方法

权利要求书

1.一种石墨烯场效应晶体管，其特征在于，所述晶体管包括：

(i)衬底层；

(ii)设置于衬底层上的第一绝缘层；

(iii)设置于第一绝缘层上的石墨烯层，所述石墨烯层在第一绝缘层上的投影为有源区；

(iv)设置于石墨烯层上的源漏电极层；

(v)设置于源漏电极层上，以及石墨烯层上位于源电极和漏电极之间的沟道上的第二绝缘层；

(vi)设置于有源区非沟道区域第二绝缘层上的第三绝缘层；

(vii)顶栅电极，跨越源电极和漏电极。

2.如权利要求1所述的石墨烯场效应晶体管，其特征在于，所述栅电极层和源漏电极层均包括粘附性金属层和覆盖在粘附性金属层之上的导电性金属层；

优选地，所述粘附性金属层的材料为Cr、Ti、Ni或Pb中的任意1种，所述导电性金属层的材料为Au或Pt；

优选地，所述第二绝缘层的材料独立地选自Al₂O₃、HfO₂或Y₂O₃中的任意1种。

3.如权利要求1或2所述的石墨烯场效应晶体管的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

(1)提供一衬底；

(2)在衬底上表面形成第一绝缘层；

(3)在第一绝缘层的上表面形成石墨烯层；

(4)在衬底上表面非石墨烯区域设定对准标记，用于后续电子束曝光；

(5)刻蚀石墨烯层，得到有源区；

(6)在经过上述处理的样片表面有源区形成源漏电极层，其中源电极与漏电极设有间距，所述间距在石墨烯区域的投影为器件的沟道；

(7)在经过上述处理的样品表面有源区区域覆盖由高介电常数材料构成的第二绝缘层；

(8)在覆盖有第二绝缘层的有源区非沟道区域上表面形成第三绝缘层；

(9)在覆盖有第二绝缘层的沟道上方形成顶栅电极，所述顶栅电极在沟道上方跨越源电极和漏电极。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述第一绝缘层和步骤(8)所述第三绝缘层为氧化硅层，所述第一绝缘层的形成方式优选为化学气相沉积或热氧化方法沉积；所述第三绝缘层的形成方式优选为化学气相沉积；

优选地，步骤(3)所述石墨烯层的形成方式为将化学气相沉积或机械剥离得到的石墨烯转移至第一绝缘层的上表面获得。

5.如权利要求3或4所述的方法，其特征在于，步骤(5)在所述石墨烯层形成顶栅场效应管的有源区的步骤包括：

(5a)通过电子束直写曝光在石墨烯层形成有源区的电子束抗蚀图形；

(5b)刻蚀去除非有源区的石墨烯；

(5c)去除电子束直写曝光使用的电子束抗蚀剂；

优选地，步骤(5b)所述刻蚀通过氧等离子体进行。

6.如权利要求3～5之一所述的方法，其特征在于，步骤(6)所述源漏电极层和步骤(9)所述顶栅电极的栅电极层的粘附性金属层和导电性金属层的形成方法为电子束直写曝光或电子束蒸镀法。

7.如权利要求3～6之一所述的方法，其特征在于，步骤(7)所述覆盖第二绝缘层的步骤为：

(7a)采用电子束蒸镀的方法在样品表面沉积金属材料，所述金属材料为Al、Hf或Y中的任意1种；

(7b)之后将样品放置于烘箱中烘烤，以在样品表面形成金属氧化物缓冲层；

(7c)采用原子层沉积法在整个样品表面覆盖由高介电常数材料构成的栅介质层，得到第二绝缘层；

优选地，步骤(7a)所述金属材料的沉积厚度为2.5～3.5nm，优选3nm厚；

优选地，步骤(7b)所述烘烤温度为180～220℃，优选200℃；烘烤时间为1～2h。