[发明专利]一种空气隙石墨烯场效应管结构及制备方法

说明书

本发明属于集成电路的技术领域，公开了一种空气隙石墨烯场效应管结构，使用石墨烯材料作为沟道，所述沟道的上下表面均部分或者全部与空气或者真空接触。所述石墨烯材料设置为氧化石墨烯材料通过旋涂在沟道位置后，经过高温还原得到。在石墨烯材料的沟道上下方均设置空气隙，形成悬浮式沟道，从而改善了石墨烯沟道与其它材料接触引起其载流子迁移率大幅度下降的问题，最大程度地保留石墨烯中载流子的高迁移率，降低石墨烯表面特性的退化，提高石墨烯器件的电学特性，而通过氧化石墨烯旋涂到沟道位置，再进行高温还原得到石墨烯，形成石墨烯沟道，可以最大程度地提升工艺的可操作性。

技术领域

本发明涉及集成电路的技术领域，尤其涉及一种空气隙石墨烯场效应管结构及制备方法。

背景技术

以碳材料为基础的纳米电子学，尤其是石墨烯(Graphene)材料，由于具有较高的载流子迁移率和饱和速度，其载流子迁移率理论数值比常规半导体材料高出几个数量级，被认为是可替代硅的下一代集成电路新材料，然而在实际应用中，一旦将石墨烯沉积在某一衬底上时，由于石墨烯与衬底接触表面的相互作用导致载流子迁移率大幅度下降，因此需要设计专署的石墨烯晶体管，以解决该问题并尽可能提升器件的特性。

发明内容

本发明提供了一种空气隙石墨烯场效应管结构及制备方法，解决了现有制备器件的过程中，石墨烯与衬底接触表面的相互作用导致载流子迁移率大幅度下降等问题。

本发明可通过以下技术方案实现：

一种空气隙石墨烯场效应管结构，使用石墨烯材料作为沟道，所述沟道的上下表面均部分或者全部与空气或者真空接触。

由于石墨烯材料的沟道上下表面均全部或部分与空气/真空接触，形成悬浮式沟道，从而改善了石墨烯沟道与其它材料接触引起的载流子迁移率大幅度下降的问题，降低石墨烯表面特性的退化，有效地提升了石墨烯晶体管的性能，可以应用到THZ等RF或光学器件中。

作为优选的技术方案如下：

如上文所述的一种空气隙石墨烯场效应管结构，与所述沟道相连的栅介质层材料部分或者全部设置为空气或者真空。

如上文所述的一种空气隙石墨烯场效应管结构，所述石墨烯材料由氧化石墨烯材料旋涂在沟道位置后，经过高温还原得到。

由于含氧功能团的存在，氧化石墨烯很容易分散在有机溶剂、水和不同的基体中，然后在高温还原气体条件下退火，将氧化石墨烯还原成石墨烯，便于沟道两侧空气隙的形成，避免直接使用石墨烯材料制备沟道时，其成膜对衬底的独特要求、成膜温度过高以及石墨烯转移工艺与主流CMOS工艺不兼容等原因，造成器件无法大规模集成制造的问题。

如上文所述的一种空气隙石墨烯场效应管结构，所述沟道下方设置有一个或者多个空气隙，所述沟道上方也设置有一个或者多个空气隙，栅电极在投影上与源电极和漏电极均有交叠。

为了提高对沟道的支撑，在现有工艺允许的前提下，沟道的下方可以有一个或者多个空气隙，上方也设置一个或者多个空气隙，优选均为一个，以尽量减少沟道与其它材料的接触面积，从而有效改善由于接触引起沟道中石墨烯材料的载流子迁移率大幅度下降的问题。

栅电极与源电极和漏电极在投影上有交叠，确保整个石墨烯沟道都能够被栅电极的电场所控制，使器件工作达到预期性能，如果不交叠，那么该不交叠区域的石墨烯沟道可能无法被栅电极的电场所控制。

如上文所述的一种空气隙石墨烯场效应管结构，所述沟道下方设置有多个空气隙时，所述沟道的下表面部分接触空气隙，部分接触空气隙之间的介质。

如上文所述的一种空气隙石墨烯场效应管结构，所述源电极和漏电极位于沟道上方，栅电极位于沟道下方时，所述沟道下方的空气隙的底部和侧面均被介质包围。