[发明专利]一种石墨烯场效应晶体管结构及其大规模制作工艺

摘要

本发明公开了一种石墨烯场效应晶体管结构及其大规模制作工艺，制作工艺：首先通过催化金属薄膜层的特性对其上的底层h‑BN介质层和石墨烯层进行选择生长，接着通过对催化金属薄膜层的光刻，实现对外延生长的底层h‑BN介质层和石墨烯层形状的控制，最后再通过两次结构反转衔接完成对催化金属薄膜层的两次光刻与顶栅h‑BN介质层生长。该结构：包括由下至上依次设置的底层h‑BN介质层、石墨烯层和顶栅h‑BN介质层，在所述顶栅h‑BN介质层上面设置栅电极，从所述石墨烯层两边引出源电极和漏电极。本发明晶体管结构及制作工艺克服目前工艺难度高、成品率低以及产品性能差的问题，为石墨烯基集成电路的制备奠定良好基础。

主权项

1.基于一种石墨烯场效应晶体管结构的大规模制作工艺，其特征在于：首先通过催化金属薄膜层的特性对其上的底层h‑BN介质层和石墨烯层进行选择生长，接着通过对催化金属薄膜层的光刻，实现对外延生长的底层h‑BN介质层和石墨烯层形状的控制，最后再通过两次结构反转衔接完成对催化金属薄膜层的两次光刻与顶栅h‑BN介质层生长；具体步骤如下：1)制作SiO2/Si衬底：在Si晶圆上用干法氧化生长SiO2薄膜，分别制成第一SiO2/Si衬底、第二SiO2/Si衬底和第三SiO2/Si衬底(5)；2)催化金属薄膜生长：用电子束蒸发工艺在所述第一SiO2/Si衬底上生长一层催化金属薄膜；3)催化金属薄膜层光刻：利用标准光刻工艺对催化金属薄膜进行光刻，形成若干方块形状的催化金属薄膜层(4)结构；4)底层h‑BN介质层生长：利用CVD法在催化金属薄膜层上选择性生长一层h‑BN，形状与步骤3)中催化金属薄膜层(4)形状相同，即为底层h‑BN介质层(3)；5)石墨烯层生长：在所述底层h‑BN介质层(3)上利用催化金属薄膜层(4)选择性生长一层石墨烯，即为石墨烯层(1)；6)结构反转：在所述石墨烯层(1)表面旋涂一层第一PMMA光刻胶层后，浸泡到氢氟酸溶液中，待第一SiO2/Si衬底溶解之后，在第一PMMA光刻胶层表层放置第二SiO2/Si衬底，形成新的结构，并将其反转，露置催化金属薄膜层(4)在上；7)催化金属薄膜层二次光刻：利用标准光刻工艺对催化金属薄膜层(4)进行对准二次光刻，使催化金属薄膜层(4)的方块形状减小；8)结构二次反转：在二次光刻的催化金属薄膜层(4)上旋涂一层第二PMMA光刻胶后，再次浸入氢氟酸，待第二SiO2/Si衬底溶解之后，在第二PMMA光刻胶表层放置第三SiO2/Si衬底(5)，形成新的结构，并将其反转，露置第一PMMA光刻胶层在上，用深紫外光源对第一PMMA光刻胶层进行曝光，再用苯甲醚溶液溶解，露置石墨烯层(1)在上；9)顶栅h‑BN介质层生长：在露置在上的石墨烯层(1)进行热处理，再利用CVD工艺选择性生长一层h‑BN，即为顶栅h‑BN介质层(7)；10)源电极、漏电极光刻：在所述顶栅h‑BN介质层(7)上覆盖一层硬质掩膜，并以氢倍半硅氧烷作为光刻胶在其上进行电子束光刻，形成异质结构，该异质结构未覆盖硬质掩膜区域通过等离子蚀刻暴露石墨烯层(1)边缘；11)淀积源电极、漏电极：用电子束蒸发的方法在暴露石墨烯层(1)边缘的两边淀积两条金属导线，分别为源电极(7)和漏电极(8)；12)栅电极光刻：二次用氢倍半硅氧烷作为光刻胶在顶栅h‑BN介质层(7)上进行电子束光刻定义栅区域；13)淀积栅电极：电子束蒸发的方法在所述栅区域淀积栅电极(6)；14)去胶：去除第二PMMA光刻胶，完成制作。