[发明专利]一种制作超薄透明石墨烯栅电极的方法

说明书

本发明涉及石墨烯加工技术领域，一种制作超薄透明石墨烯栅电极的方法，包括以下步骤：a,制取样品；b,样品的定位；c,电极图案化；d,电子束曝光电极；e,变性PMMA的去掉；f,源漏金属电极的沉积；g,器件的成形；h,沉积氧化绝缘层；i,石墨烯电极的准备；j,顶栅场效应晶体管的制作；本发明以转移石墨烯作透明电极取代传统的蒸镀金属电极，避免电子束曝光或金属电极沉积使绝缘氧化层出现裂缝，从而使顶栅场效应晶体管仍能正常工作，并且应用于光电领域。

技术领域

本发明涉及石墨烯加工技术领域，特别涉及一种制作超薄透明石墨烯栅电极的方法。

背景技术

自从2004年曼彻斯顿大学通过机械剥离法获得石墨烯以来，石墨烯一直是该领域的研究热点；单原子层厚度的石墨烯有着非常优良的透光性，在近红外，以及可见光波段的透光率可高达98%，在可见光区，其所反射的光小于入射光的0.1%；另外，石墨烯具有超高的电导性和热导率，是最佳的导电性材料；传统的顶栅场效应晶体管制作，是先制作晶体管，再通过原子层沉积电介质常数较高的绝缘氧化层覆盖晶体管，旋涂PMMA后通过电子束曝光定点图案化栅电极，然后通过热蒸发或电子束蒸发沉积金属作为栅电极，这样做的缺点是绝缘氧化层一般比较薄，电子束曝光的过程中或蒸镀金属栅电极时容易把绝缘氧化层穿透，导致栅电极和源漏电极接触，造成器件失效，另外传统的顶栅场效应晶体管的金属栅电极透光性差，限制其在光电器件方面的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制作超薄透明石墨烯栅电极的方法，在原有的基础上进行优化，以转移石墨烯作透明电极取代传统的蒸镀金属电极，避免电子束曝光或金属电极沉积使绝缘氧化层出现裂缝，从而使顶栅场效应晶体管仍能正常工作，并且应用于光电领域。

本发明的技术方案是这样的：

一种制作超薄透明石墨烯栅电极的方法，包括以下步骤：

a,制取样品：采用化学气相法（CVD）合成三角形单层MoS₂纳米片，并用旋涂机在其表面旋涂一层PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯），作为样品；

b,样品的定位：把样品转移到带坐标的SiO₂/Si基底上，利用雷尼绍拉曼光谱仪的定位功能在显微镜下找到需要的样品，拍照并记录相对坐标；

c,电极图案化：利用CAD软件导入步骤b得到的图片，并绘制电极的图案；

d,电子束曝光电极：将步骤a制得的样品放进扫描电子显微镜的腔室中，输入步骤b的相对位置，定点移动到目标样品处，导入步骤c得到的电极图案进行电子束曝光，使电极图案部分的PMMA变性；

e,变性PMMA的去掉：将经过步骤d处理的样品置于显影剂中浸泡2 min，再置于定影液中浸泡1 min，使样品的电极图案部分裸露；

f,源漏金属电极的沉积：将经过步骤e处理的样品置于电子束蒸发镀膜机中，蒸镀10 nm 厚的Cr后再蒸镀80 nm 厚的Au；

g,器件的成形：将经过步骤f处理的样品置于温度为40-50℃的热丙酮溶液中浸泡30 min，去掉PMMA，制得器件；

h,沉积氧化绝缘层：利用原子层沉积仪在经过步骤g处理的样品上沉积厚度为20nm的 HfO₂；

i,石墨烯电极的准备：以铜箔作基底，采用化学气相法（CVD）在铜箔基底上制取石墨烯薄膜，并在其表面旋涂PMMA，之后在转移到SiO₂/Si基底上，通过电子束曝光进行矩形图案化曝光，显影、定影后裸露石墨烯，然后用氧等离子体把裸露的矩形图案的石墨烯刻蚀掉，剩下部分PMMA及所保护的石墨烯；将经过处理的PMMA/石墨烯/SiO₂/Si材料放入浓度为3% HF溶液中浸泡5-10min，使PMMA/石墨烯与SiO₂/Si基底分离；