[发明专利]基于碳化硅衬底的石墨烯场效应晶体管阵列的制备方法

摘要

本发明公开一种纳机电系统应用领域中基于碳化硅衬底的石墨烯场效应晶体管阵列的制备方法，通过在碳化硅表面外延生长的方法，得到大面积的单层石墨烯，转移相分离的双嵌段共聚物苯乙烯‑甲基丙烯酸甲酯到石墨烯表面作为掩膜，采用反应离子刻蚀技术进行加工，在聚合物苯乙烯下得到石墨烯纳米带，用热的丙酮溶液去除残余的苯乙烯，在刻蚀得到的石墨烯纳米带表面生长金属钇作为缓冲层，沉积HfO₂作为栅氧，在石墨烯表面形成Ti/Au电极作为漏、源、栅电极；本发明解决了原子层沉积无法在石墨烯表面成核生长高介电常数栅介质薄膜的问题和界面散射问题，保证了石墨烯晶体管的高迁移率，实现了高性能石墨烯场效应晶体管的规模化制备。

主权项

1.一种基于碳化硅衬底的石墨烯场效应晶体管阵列的制备方法，其特征是包括以下步骤：A、把SiC衬底放入感应加热高温炉中，通入体积百分比为5% 的H2/Ar混合气，保持感应加热高温炉中的压强为600Torr，在1500℃高温下刻蚀30min，获得表面光滑的SiC衬底，然后用气泵抽空感应加热高温炉中的气体，通入Ar气，保持感应加热高温炉中的压强为1×10-6 Torr，在1550 ℃下外延生长大面积的单层石墨烯；B、通过阴离子聚合制备双嵌段共聚物苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯，转移双嵌段共聚物到单层石墨烯表面作为掩膜，刻蚀双嵌段共聚物，甲基丙烯酸甲酯下方的单层石墨烯被完全刻蚀，剩余苯乙烯下方的单层石墨烯，去除残余的苯乙烯，得到石墨烯纳米带阵列；双嵌段共聚物苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯的制备方法是：在250mL四氢呋喃溶液中用4mL、0.5mol/L的正丁基锂引发苯乙烯聚合，在-78℃条件下滴加苯乙烯单体40mL，继续反应1h后加入二苯基乙烯，再滴加甲基丙烯酸甲酯单体30mL反应1h，最后把反应后的溶液倒入乙醇中沉出，再过滤，烘干，分别用乙腈、环己烷抽提以除去均聚物，得到苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯；C、先在石墨烯纳米带表面沉积金属钇薄膜作为缓冲层，再在金属钇薄膜表面生长氧化铪薄膜作为栅氧介质层，得到氧化铪薄膜/金属钇/石墨烯纳米带/碳化硅结构；D、在氧化铪薄膜/金属钇/石墨烯纳米带/碳化硅的表面均匀旋涂光刻胶，将掩膜版上图形转移到光刻胶上，采用电子束曝光形成Ti/Au电极作为漏、源、栅电极，得到石墨烯场效应管阵列。