[发明专利]石墨烯场效应晶体管

说明书

本申请提供一种石墨烯场效应晶体管，涉及半导体技术领域，可提高器件输出电阻，从而提高开关比，实现更好的射频性能。一种石墨烯场效应晶体管，包括：衬底、第一栅电极、第二栅电极、第一栅介质层、第二栅介质层、沟道层以及源电极和漏电极；沟道层的材料包括AB堆垛双层石墨烯或者AB堆垛多层石墨烯；第一栅电极和第一栅介质层设置于沟道层的一侧，第二栅电极和第二栅介质层设置于沟道层的另一侧；第一栅电极包括多个间隔设置的第一子电极以及第一连接子电极；第一子电极的延伸方向与源电极和漏电极的间距方向交叉，第一连接子电极与沟道层在衬底上的投影无交叠；第一子电极和第二栅电极用于向沟道层提供垂直于沟道层的纵向电场。

技术领域

本申请涉及半导体技术领域，尤其涉及一种石墨烯场效应晶体管。

背景技术

石墨烯以其超高的室温载流子迁移率(20000cm²V^-1s^-1)、单原子层的超薄二维形态、室温物理化学稳定性以及柔性透明等特点，在电子应用尤其是射频电子器件领域具有应用潜力。目前采用单层石墨烯制作的石墨烯场效应晶体管(Graphene Field EffectTransistor，GFET)，其截止频率已超过400GHz，但还远未达到其理论极限。

如上所述，单层石墨烯具有很高的截止频率，但其最大震荡频率通常只有几十GHz。最大振荡频率代表了晶体管功率放大的能力，与晶体管的跨导正相关，与输出电导负相关。GFET的跨导可以做得很大，但较小的输出电导也即较大的输出电阻总是很难实现。造成较大输出电导(或者，较小输出电阻)的根本原因是单层石墨烯是零带隙的，无法在GFET沟道中建立有效的势垒。

发明内容

本申请提供一种石墨烯场效应晶体管，可提高器件输出电阻，从而提高开关比，实现更好的射频性能。

第一方面，提供一种石墨烯场效应晶体管，包括：衬底、设置于衬底上的第一栅电极、第二栅电极、第一栅介质层、第二栅介质层、沟道层以及源电极和漏电极；沟道层的材料包括AB堆垛双层石墨烯或者AB堆垛多层石墨烯；源电极和漏电极间隔分布于沟道层两侧；第一栅电极和第一栅介质层设置于沟道层的一侧，第二栅电极和第二栅介质层设置于沟道层的另一侧；第一栅电极包括多个间隔设置的第一子电极以及将多个第一子电极电连接在一起的第一连接子电极；第一子电极的延伸方向与源电极和漏电极的间距方向交叉，第一连接子电极与沟道层在衬底上的投影无交叠；第一子电极和第二栅电极用于向沟道层提供垂直于沟道层的纵向电场。通过将沟道层的材料设置为包括AB堆垛双层石墨烯或者AB堆垛多层石墨烯，并将第一栅电极设置为包括多个电连接的第一子电极的多指结构，可在第一子电极和第二栅电极提供纵向电场作用下，使沟道层打开一定带隙，在此基础上，由于第一子电极的个数为多个，且多个第一子电极间隔设置，因此，可在沟道层中垂直于沟道电流方向建立多个势垒，形成不连续带隙，从而可提高器件输出电阻，进而可降低关态电流，提高器件开关比，同时，可保证高迁移率，使得本申请石墨烯场效应晶体管可实现更好的射频性能，而且，多指结构的第一栅电极，可改善器件保护特性，增大器件本征电压增益。此外，通过对第一子电极的宽度以及相邻第一子电极之间间距的控制，可以实现共振隧穿的效果，可进一步降低器件关态电流，提高开关比和输出电阻。

结合第一方面，在第一方面的第一种可能的实现方式中，第一子电极的延伸方向与源电极和漏电极的间距方向垂直。

结合第一方面，在第一方面的第二种可能的实现方式中，第一栅电极中，各第一子电极的宽度相等，且任意相邻第一子电极之间的间距相等。工艺上容易制作。

结合第一方面，在第一方面的第三种可能的实现方式中，第二栅电极覆盖衬底。通过使第二栅电极覆盖衬底，可在形成第二栅电极时无需采用光刻工艺，工艺更简单。

结合第一方面的第三种可能的实现方式，在第一方面的第四种可能的实现方式中，第二栅电极由衬底充当，衬底导电。通过将衬底设置为导电衬底，可使该衬底还用作第二栅电极，因而可无需再制作第二栅电极。