[发明专利]一种基于石墨烯的隧穿晶体管、反相器及其制备方法

权利要求书

1.一种基于石墨烯的隧穿晶体管，其特征在于，包括源极(1)、漏极(2)、栅极(3)、石墨烯薄膜(4)、衬底(5)、栅极绝缘层兼石墨烯钝化层(6)、漏极绝缘层(7)、隧穿层(8)、硅基底(25)，其中，硅基底(25)的上表面设置衬底(5)，衬底(5)的上表面间隔设置源极(1)和隧穿层(8)，隧穿层(8)一侧的上表面设置漏极绝缘层(7)，漏极绝缘层(7)的上表面设置漏极(2)，隧穿层(8)另一侧的上表面、漏极(2)的上表面以及漏极绝缘层(7)未设置漏极(2)的上表面依次向上设置石墨烯薄膜(4)、栅极绝缘层兼石墨烯钝化层(6)，栅极绝缘层兼石墨烯钝化层(6)的上表面设置栅极(3)，栅极(3)和隧穿层(8)之间仅存在石墨烯薄膜(4)和栅极绝缘层兼石墨烯钝化层(6)。

2.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯的隧穿晶体管，其特征在于，衬底(5)为半导体或金属衬底。

3.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯的隧穿晶体管，其特征在于，若衬底(5)材料的功函数大于5.4eV，则漏极(2)电极选用功函数小于4.9eV的金属；若衬底(5)材料的功函数小于4.9eV，则漏极(2)电极选用功函数大于5.4eV的金属。

4.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯的隧穿晶体管，其特征在于，隧穿层(8)的厚度小于20nm。

5.如权利要求1至4中任一所述的一种基于石墨烯的隧穿晶体管的制备方法，其特征在于，该制备方法的具体步骤如下：

步骤1，在硅基底(25)上制备衬底(5)；

步骤2，在衬底(5)上的源极区域沉淀电极作为源极(1)、隧穿层区域制备隧穿层(8)；

步骤3，在隧穿层(8)上的漏极绝缘层区域制备漏极绝缘层(7)，在漏极绝缘层(7)上的漏极区域制备电极作为漏极(2)；

步骤4，在隧穿层(8)上非漏极绝缘层区域以及漏极绝缘层(7)与漏极(2)堆叠部分的上表面设置一层石墨烯薄膜(4)，再在石墨烯薄膜(4)的上表面设置制备一层绝缘层薄膜作为栅极绝缘层兼石墨烯钝化层(6)；

步骤5，在隧穿层(8)、石墨烯薄膜(4)以及栅极绝缘层兼石墨烯钝化层(6)堆叠部分的上表面制备电极作为栅极(3)。

6.一种反相器，其特征在于，由两个如权利要求1至4中任一所述的一种基于石墨烯的隧穿晶体管构成，该两个隧穿晶体管中的一个为p型管、另一个为n型管，其中，p型管的源极与n型管的漏极连接，作为反相器的输出端；n型管的栅极与p型管的栅极连接，作为反相器的输入端；p型管的漏极连接高电位，n型管的源极连接低电位。

7.如权利要求6所述的一种反相器的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：

步骤1，采用如权利要求5所述的方法分别制备p型管和n型管：若衬底(5)材料的功函数大于5.4eV，则漏极(2)电极选用功函数小于4.9eV的金属，以制备n型管；若衬底(5)材料的功函数小于4.9eV，则漏极(2)电极选用功函数大于5.4eV的金属，以制备p型管；

步骤2，p型管的源极与n型管的漏极连接，作为反相器的输出端；n型管的栅极与p型管的栅极连接，作为反相器的输入端；

步骤3，p型管的漏极连接高电位，n型管的源极连接低电位。

8.根据权利要求7所述的一种反相器的制备方法，其特征在于，其中，若制备的是p型管则通过在硅基底(25)进行n型重掺杂制备衬底(5)，若制备的是n型管则通过在硅基底(25)上蒸镀金属制备衬底(5)。