[发明专利]场效应晶体管及其制备方法

说明书

本申请提供了一种场效应晶体管，包括：衬底层；石墨烯沟道层，所述石墨烯沟道层设置于衬底层的上表面；源电极和漏电极，所述源电极和所述漏电极设置于所述石墨烯沟道层的上表面，且所述源电极与所述漏电极之间具有间隔；栅介质层，所述栅介质层设置于所述石墨烯沟道层的上表面，且位于所述源电极和所述漏电极之间；半导体插层，所述半导体插层设置于所述栅介质层的上表面，且所述半导体插层与所述源电极和所述漏电极均不接触；栅电极，所述栅电极设置于所述半导体插层的上表面。本申请实施例的技术方案，既能够提高以石墨烯为沟道层的晶体场效应管的饱和电流特性，又能够保留石墨烯迁移率高的特性，并且在工艺上易于规模制备。

技术领域

本申请涉及半导体器件及其制造领域，并且更具体地，涉及一种场效应晶体管及其制备方法。

背景技术

石墨烯是一种具有高载流子迁移率的二维材料，其电子和空穴的迁移率在室温下均可以达到10⁵cm²/Vs，比硅材料中的电子、空穴的迁移率高1-2个数量级。超高的迁移率特性意味着其具有高频应用的潜力，以石墨烯为沟道的射频晶体管和电路也在实验中被广泛研究。

然而，尽管其载流子迁移率很高，但是到目前为止，石墨烯射频晶体管和电路的实际工作频率和增益都还很低。例如，国际商业机器公司（International BusinessMachines Corporation，IBM）报道的石墨烯放大器、混频器、接收机电路的工作频率只有4GHz左右，增益不到5dB。

由于石墨烯的带隙为零，以石墨烯为沟道层的场效应晶体管不会出现类似于硅场效应晶体管的沟道夹断区。因此，以石墨烯为沟道层的场效应晶体管的漏电极的电流饱和特性较差，或者，其漏电极的输出电阻较小，从而限制了其在器件中的应用。

发明内容

本申请提供一种场效应晶体管及其制备方法，能够改善以石墨烯为沟道层的场效应晶体管的电流饱和特性。

第一方面，提供了一种场效应晶体管，包括：衬底层；石墨烯沟道层，所述石墨烯沟道层设置于所述衬底层的上表面；

源电极和漏电极，所述源电极和所述漏电极设置于所述石墨烯沟道层的上表面，且所述源电极与所述漏电极之间具有间隔；

栅介质层，所述栅介质层设置于所述石墨烯沟道层的上表面，且位于所述源电极和所述漏电极之间；

半导体插层，所述半导体插层设置于所述栅介质层的上表面，且所述半导体插层与所述源电极和所述漏电极均不接触；

栅电极，所述栅电极设置于所述半导体插层的上表面。

因此，在本申请实施例的技术方案中，通过在场效应晶体管中引入半导体插层，该半导体插层设置于所述栅介质层的上表面，在漏电极-栅电极电压差的作用下该半导体插层在场效应晶体管中起到了电容的作用，控制场效应晶体管中电荷的分布，从而改善场效应晶体管的电流饱和特性。其次，沟道层采用单层石墨烯材料，保留了石墨烯材料的高迁移率的特性。本申请实施例的场效应晶体管既能够提高以石墨烯为沟道层的场效应晶体管的饱和电流特性，又能够保留石墨烯高迁移的特性。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述衬底层可以为绝缘衬底层。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述栅介质层用于隔离所述石墨烯沟道层和所述半导体插层。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述半导体插层为连续的半导体薄膜。

在本申请实施例的技术方案中，通过在场效应晶体管中引入半导体插层，该半导体插层起到电容的作用，为了保证该电容均匀的分布于该场效应晶体管，因此采用连续的半导体薄膜。该电容能够控制电荷的分布，从而改善场效应晶体管的电流饱和特性。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述半导体插层的厚度不超过10nm。