[发明专利]石墨烯太赫兹光源器件及其制作方法

说明书

本发明公开了一种石墨烯太赫兹光源器件及其制作方法。所述石墨烯太赫兹光源器件包括：石墨烯沟道区、源极、漏极和栅极，所述石墨烯沟道区设置在栅极上方，所述源极经石墨烯沟道区漏极电连接，所述栅极包括异质结、第一电极和第二电极，所述异质结内形成有二维电子气，所述第一电极和第二电极通过所述二维电子气电连接，且所述石墨烯沟道区能够与所述异质结内的二维电子气互调。本发明实施例提供的一种石墨烯太赫兹光源器件可形成石墨烯等离激元的场效应太赫兹器件，而石墨烯的高载流子迁移率可以带来器件的更高灵敏度和电学响应。

技术领域

本发明涉及一种太赫兹光源器件，特别涉及一种石墨烯太赫兹光源器件及其制作方法，属于半导体技术领域。

背景技术

现有太赫兹光源器件一般以石墨烯作为沟道、金属作为栅极，现有太赫兹光源器件无论在材料质量还是在结构设计与工艺技术上，都有很大的优化提升空间，例如，尽管石墨烯的理论载流子迁移率是3000cm²/Vs，实验发现，石墨烯沟道区上设置的氧化铝介质层和金属栅极会导致石墨烯沟道区的载流子迁移率降低到大约405cm²/Vs，下降了大约87％，这一点也从实验上说明石墨烯载流子迁移率会受到上下表面介质层和衬底的影响。

现有太赫兹光源器件的石墨烯沟道区上下表面分别与介质层、衬底接触，界面衬底和介质层的晶格散射、杂质散射会降低石墨烯沟道区的电子迁移率，从而影响等离激元的激发，达不到理想结果。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种石墨烯太赫兹光源器件，以克服现有技术中的不足。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例提供了一种石墨烯太赫兹光源器件，包括石墨烯沟道区、源极、漏极和栅极，所述石墨烯沟道区设置在栅极上方，所述源极经石墨烯沟道区漏极电连接，所述栅极包括异质结、第一电极和第二电极，所述异质结内形成有二维电子气，所述第一电极和第二电极通过所述二维电子气电连接，且所述石墨烯沟道区二维电子气与所述异质结内的二维电子气相互调控，，可用于辐射太赫兹波。

本发明实施例还提供了所述的石墨烯太赫兹光源器件的制作方法，包括：

制作异质结以及第一电极、第二电极，所述异质结内形成有二维电子气，所述第一电极与第二电极通过所述二维电子气电连接，

在所述异质结上形成石墨烯沟道区；以及

制作与所述石墨烯沟道区相匹配的源极、漏极，所述源极经所述石墨烯沟道区与所述漏极电连接。

与现有技术相比，本发明的优点包括：

1)本发明实施例提供了一种石墨烯太赫兹光源器件，以异质结、第一电极和第二电极组合形成栅极并与上方石墨烯接触，减小了栅极对石墨烯载流子迁移率影响；

2)与金属栅相比，本发明实施例提供了一种石墨烯太赫兹光源器件在石墨烯/AlGaN/GaN界面处形成了具有出色空间均匀性的低肖特基势垒，与金属/AlGaN/GaN触点的测量值相比更低；石墨烯触点电行为与AlGaN供体状表面状态非常接近，也与n型AlGaN/GaN掺杂(n _s约1.3×10¹³cm^-2)有关，反应在器件性能上，即为在AlGaN/GaN小的栅控条件下，即可引起石墨烯沟道较高的电导反应，根据Gr/AlGaN/GaN异质结构中的传输特性，可以得到具有高工作速度和新型垂直场效应晶体管；

3)本发明实施例提供的一种石墨烯太赫兹光源器件，以AlGaN/GaN异质结二维电子气作为栅极调控石墨烯沟道区二维电子气，石墨烯本身作为二维电子气存在等离激元，而通过栅极电压调控GaN/AlGaN异质结二维电子气，从而连续调节石墨烯载流子浓度，进而调节石墨烯等离激元的振荡频率；