[发明专利]一种基于鼓泡法的石墨烯场效应晶体管的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及石墨烯场效应晶体管，尤其涉及一种基于鼓泡法的石墨烯场效应晶体管的制备方法。

背景技术

石墨烯(Graphene)是一种二维薄膜纳米材料，其基本原子结构单元是由sp2杂化的碳原子组成的类似苯环结构，这种类似蜂窝状的六角稳固晶格结构让石墨烯具有良好的光学、电学特性，又因为石墨烯与硅基半导体工艺的兼容性，而引起学术界和工业界的广泛关注。

随着半导体工业的迅速发展和不断进步，半导体工业工艺技术也取得很大进步，然而，由于摩尔定律的预言，“集成电路上可容纳的元器件的数目，约每隔18-24个月便会增加一倍，性能也将提升一倍”。这一定律说明了信息技术发展的速度。但由于器件的性能受到石墨烯自身部分因素的影响，单层石墨烯是零带隙结构、具有金属性的薄膜材料，为了在最低导带和最高价带之间打开一个能隙，有三种方法：一是将石墨烯切割成一维结构，即石墨烯纳米带；二是采用具有微细带隙的双层石墨烯；三是改变石墨烯的特性，引入应力。

石墨烯纳米带的概念最早由日本物理学家Fujita和同事于1996年提出。在这个开创性工作中，作者提出石墨烯纳米带的电子能带结构高度取决于其宽度和边缘对称结构。石墨烯纳米带是在电子束或离子束下进行定位剪裁石墨烯得到的，也可以通过轴向切割碳纳米管直接得到石墨烯纳米带。从而打开石墨烯的带隙。这几种方法过程复杂，难以控制，成本过高。对于石墨烯器件，将石墨烯加工成纳米带应用于电子器件，特别对于顶栅器件而言，不是最优方法。

采用机械剥离法得到的石墨烯，是目前制备方法中最简单的一种，由于石墨烯是层状结构，多层石墨烯由单层石墨烯堆叠而成的，层与层之间的相互作用力非常弱，很容易得到薄薄的石墨烯片层。机械剥离法简单易行，可以制备出高质量，没有缺陷、具有良好性质的单、双、多层石墨烯。并且可以将石墨烯直接转移到衬底上，避免了二次转移造成对石墨烯的污染。

发明内容

本发明的主要内容是为了克服上述现有实际条件的约束和不足，提供一种顶栅结构的基于石墨烯场效应晶体管的制备方法。可以准确引入应力打开石墨烯带隙，同时，采用机械剥离法得到高质量、性能优异的双层石墨烯，避免了二次转移对石墨烯造成污染，制备出高质量、低成本的石墨烯场效应晶体管。

本发明顶栅结构的石墨烯场效应晶体管的制备采用的技术方案是：

(1)在所提供的硅衬底上热氧化生长300nm的SiO₂氧化层；

(2)对衬底进行烘烤，保持衬底表面干燥洁净，保持表面绝对干燥，涂覆一层HMDS化学增附剂，防止脱落，均匀旋涂光刻胶，然后烘干使胶固化，进行曝光、显影，将掩模板上图形转移到光刻胶上，进行光刻；

(3)通过机械剥离法得到的石墨烯转移到制作好的衬底上的步骤；

(4)将衬底放入抽真空泵中，改变石墨烯表面应力的步骤：将衬底植入抽真空泵中，将密封装置抽至低压状态，控制真空泵内部压力值，然后通入N₂，利用空腔内部和外部不同压强的作用，首先，使石墨烯向空腔内收缩，然后通入N₂，气体通过石墨烯与衬底之间的间隙，内部压强增大，石墨烯向外膨胀；

(5)在石墨烯两端分别溅射TiW和Au作为场效应晶体管的源极和漏极的步骤；

(6)在源极和漏极之间的石墨烯沟道上方形成一层缓冲层ZrO₂和栅介质层HfO₂，溅射Au，作为栅极，形成一种顶栅结构的基于石墨烯的场效应晶体管。