[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

说明书

本发明公开了一种基于石墨烯的隧穿晶体管、反相器及其制备方法，石墨烯隧穿晶体管包括源极、栅极、漏极、石墨烯薄膜、半导体或金属衬底、隧穿层、漏极绝缘层、栅极绝缘层、石墨烯钝化层以及直流偏置电压源；源电极和硅衬底相连，漏电极与石墨烯薄膜相连，石墨烯和衬底之间有一层隧穿层，栅极在电子隧穿部分的顶部。若半导体或金属衬底的功函数较小，漏极选择功函数较大的金属，器件为n型，反之漏极则采用功函数较大的金属，器件为p型。p型管漏极连接高电位，n型管源极连接低电位，两根管的共有栅极作为电路的输入端，p型管源极和n型管漏极相连，作为电路的输出端。新型石墨烯隧穿晶体管结构实现高响应速率、低静态功耗的数字逻辑反相器。

技术领域

本发明涉及一种反相器及其制备方法，特别涉及一种基于石墨烯的隧穿晶体管的反相器及其制备方法，属于电子器件制备技术领域。

背景技术

反相器是一种可将输入信号相位反转的电子器件，广泛应用于模拟电路，例如音响放大电路、时钟振荡器等。现有的CMOS反相器电路由两个增强型MOS场效应管组成，如图1所示，由于硅中电子的饱和运动速度不高，使其难以满足数字逻辑电路对在高频工作模式下对响应速度的要求。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种响应速度快、增益高的基于石墨烯的隧穿晶体管的反相器及其制备方法。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

本发明提供一种基于石墨烯的隧穿晶体管，包括源极、漏极、栅极、石墨烯薄膜、衬底、栅极绝缘层兼石墨烯钝化层、漏极绝缘层、隧穿层、硅基底，其中，硅基底的上表面设置衬底，衬底的上表面间隔设置源极和隧穿层，隧穿层一侧的上表面设置漏极绝缘层，漏极绝缘层的上表面设置漏极，隧穿层另一侧的上表面、漏极的上表面以及漏极绝缘层未设置漏极的上表面依次向上设置石墨烯薄膜、栅极绝缘层兼石墨烯钝化层，栅极绝缘层兼石墨烯钝化层的上表面设置栅极，栅极和隧穿层之间仅存在石墨烯薄膜和栅极绝缘层兼石墨烯钝化层。

作为本发明的进一步技术方案，衬底为半导体或金属衬底。

作为本发明的进一步技术方案，若衬底材料的功函数大于5.4eV，则漏极电极选用功函数小于4.9eV的金属；若衬底材料的功函数小于4.9eV，则漏极电极选用功函数大于5.4eV的金属。

作为本发明的进一步技术方案，隧穿层的厚度小于20nm。

本发明还提供一种基于石墨烯的隧穿晶体管的制备方法，具体步骤如下：

步骤1，在硅基底上制备衬底；

步骤2，在衬底上的源极区域沉淀电极作为源极、隧穿层区域制备隧穿层；

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

步骤4，在隧穿层上非漏极绝缘层区域以及漏极绝缘层与漏极堆叠部分的上表面设置一层石墨烯薄膜，再在石墨烯薄膜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；

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

本发明还提供一种反相器，由两个如上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。。

本发明还提供一种上述反相器的制备方法，具体步骤如下：