[发明专利]一种顶栅石墨烯场效应晶体管的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电子器件材料技术领域，尤其涉及一种顶栅石墨烯场效应晶体管的制备方法。

背景技术

随着科学技术的发展，半导体业界对适应器件小型化的材料与工艺进行了一系列研究和探索。同时自从石墨烯问世以来，以石墨烯为材料的纳米电子学，由于石墨烯超高的载流子迁移率和载流子饱和漂移速度，和其出色的机械强度和杨氏模量，非常高的电、热导率等特性受到业界科研工作者的广泛关注；被认为具有极大的应用前景，极富潜力可以替代硅材料；石墨烯是一种零带隙的二维材料，而早在2006年，Y.-W.Son提出了通过制作极窄的石墨烯带给石墨烯引入带隙的理论。P.Kim等通过实验验证了当石墨烯纳米带宽度小于20nm时，石墨烯的带隙会打开，这为石墨烯能够应用于电子器件提供了基础；由于石墨烯纳米材料的尺寸对于其电学性能和应用有着决定性的作用，因而实现对石墨烯纳米材料的尺寸的有效控制具有非常重要的意义；在石墨烯FET器件的发展过程中，寄生电阻对器件的开关电流比、跨导、本征增益、截止频率、最高振荡频率等电学特性都具有重要影响。寄生电阻主要包括接触金属体电阻、金属石墨烯接触电阻以及栅源、栅漏之间的石墨烯沟道通路电阻和栅金属电阻。其中，栅源、栅漏之间的沟道通路电阻由栅源、栅漏间距和石墨烯面电阻决定，而栅源、栅漏间距则由于光刻套准精度的限制，在减小到一定长度后难以继续缩短；栅金属电阻由栅金属性质、栅宽和栅金属截面积共同决定。

中国专利文献(申请号201710129827.6)公开了一种顶栅石墨烯场效应晶体管及其制备方法，包括衬底、氧化硅层、石墨烯沟道层、源极、漏极、栅极，衬底上依次外延生长有氧化硅层、石墨烯沟道层，石墨烯沟道层的两端上设有源极、漏极，源极、漏极之间的石墨烯沟道层上设有一层SiO薄膜，SiO薄膜上设有栅极。该技术方案，所选用的栅介质层所制得的迁移率不高。

因此，有必要开发一种能够获得高迁移率的石墨烯场效应晶体管的制备方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，有必要开发一种能够获得高迁移率的石墨烯场效应晶体管的制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：该顶栅石墨烯场效应晶体管的制备方法，采用原子层沉积法沉积栅介质，包括以下步骤：

(1)清洗衬底：依次分别采用丙酮、甲醇、异丙醇清洗衬底各5分钟，去除表面的油污，并烘干待用；

(2)在基板上制备衬底绝缘材料：采用PECVD方法沉积薄膜SiO₂；

(3)制备石墨烯通道层：采用Sol-Gel旋涂法在绝缘材料上旋涂石墨烯溶液，再通过机械剥离HOPG获得石墨烯通道层；

(4)制备过渡层：利用蒸镀系统，在石墨烯表面上蒸镀一层超薄的金属薄膜作为过渡层用于后续的原子层淀积栅介质工艺；

(5)沉积栅介质层：采用ALD淀积栅介质层，通过调节沉积工艺的脉冲时间，淀积温度，以及前驱体的选择，制备栅介质/石墨烯叠层结构；

(6)制备源极和漏极：将具有栅介质/石墨烯叠层结构的衬底的中间保护起来，两端从栅介质/石墨烯叠层结构表面开始进行刻蚀，直到刻蚀至衬底，在两端的刻蚀处分别形成源极和漏极。

本发明进一步改进在于，所述步骤(2)中采用PECVD沉积SiO₂薄膜的步骤包括：将衬底放入PECVD真空腔室后，在真空腔室内压力小于10^-5Pa且温度保持在250℃后，向真空室内充入气体流量为150～300sccm的SiH₄和N₂的混合气体和气体流量为700～900sccm的N₂O；当真空室内压力达到700～950mtorr 时，加射频功率60W放电启辉进行10～70s的SiO₂沉积；在所述SiH₄和N₂的混合气体中，SiH₄和N₂的体积比为7：90。

本发明进一步改进在于，所述步骤(3)中旋涂石墨烯溶液在衬底上的层数为5～10层。