【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及半導體電子器件，尤其涉及一種基于旋涂絕緣介質(zhì)的石墨烯場效應晶體管及制備方法。
技術(shù)介紹
1、石墨烯是零帶隙半導體，其導帶和價帶在狄拉克點相交，所以基于石墨烯的場效應器件有電子輸運和空穴輸運兩種特性。在不同的柵壓下載流子的類型和濃度有差異，所以石墨烯具有場調(diào)控效應，可利用石墨烯的場調(diào)控特性制備場效應晶體管。目前基于石墨烯的場效應晶體管主要有頂柵石墨烯場效應晶體管、背柵石墨烯場效應晶體管和雙柵石墨烯場效應晶體管等。
2、頂柵石墨烯場效應晶體管可以實現(xiàn)晶體管柵電極對石墨烯溝道的獨立控制，溝道被柵介質(zhì)層覆蓋從而石墨烯受到外界的影響小，但溝道石墨烯更容易受到柵介質(zhì)層的影響，從而降低載流子遷移率。背柵石墨烯場效應晶體管有全背柵和埋柵兩種結(jié)構(gòu)，全背柵結(jié)構(gòu)雖工藝簡單，容易實現(xiàn)，但一個樣片上所有場效應晶體管都使用一個背柵電極，不易實現(xiàn)對單個石墨烯場效應晶體管的單獨調(diào)控。基于此，對需要較高性能和調(diào)控能力石墨烯場效應晶體管通常采用埋柵結(jié)構(gòu)，埋柵結(jié)構(gòu)易實現(xiàn)對單個晶體管的調(diào)控，且由于先生長柵介質(zhì)再轉(zhuǎn)移石墨烯，柵介質(zhì)的生長過程對石墨烯沒有影響。不過，埋柵結(jié)構(gòu)的石墨烯場效應晶體管工藝先形成背柵電極，再生長介質(zhì)層，對于通常采用的介質(zhì)層制作方法化學氣相沉積(cvd)和物理氣相沉積(pvd)、原子層沉積(ald)等，都不可避免的會出現(xiàn)電極上方介質(zhì)層與其他區(qū)域介質(zhì)層高度不一致的現(xiàn)象，且電極與介質(zhì)層相鄰部分可能會出現(xiàn)局部突起，這無疑會對后續(xù)轉(zhuǎn)移的石墨烯的性能造成影響，如導致臺階位置石墨烯斷裂、破損或降低石墨烯載流子遷移率等。因此，需要一種能使
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、針對上述問題，本專利技術(shù)提出了一種基于旋涂絕緣介質(zhì)的石墨烯場效應晶體管及制備方法，因為旋涂絕緣介質(zhì)擁有很好的填平能力和局部平坦化效果，能輕松滲透到細微的縫隙中，能有效解決現(xiàn)有埋柵技術(shù)中所存在的柵氧層平整度問題，消除埋柵結(jié)構(gòu)中介質(zhì)層的高度差，提升電極與柵介質(zhì)接觸區(qū)域的平整度，減少石墨烯的斷裂、破損，降低襯底對石墨烯中載流子散射的影響，此外，旋涂絕緣介質(zhì)不需要過高的溫度，降低了加工過程中的熱應變從而改善埋柵器件整體性能。
2、本專利技術(shù)提出的一種基于旋涂絕緣介質(zhì)的石墨烯場效應晶體管，包括：
3、基底；
4、柵電極，設置于所述基底上且有部分柵電極未被第二絕緣層覆蓋；
5、柵介質(zhì)層，設置于所述柵電極與第一絕緣層之上；
6、第一絕緣層和第二絕緣層，第一絕緣層設置于所述基底之上，位于柵電極的兩端，且第一絕緣層與柵電極的高度一致，第二絕緣層位于所述柵介質(zhì)層之上且具有多個納米尺寸的凹槽；
7、源極和漏極，設置于所述柵介質(zhì)層之上且位于所述第二絕緣層的兩端；
8、石墨烯溝道層，設置于部分源極和漏極區(qū)域以及第二絕緣層之上。
9、進一步地，柵電極金屬采用pb/au、ni/au、sn/au、ti/au中的一種。
10、進一步地，所述柵介質(zhì)層采用介質(zhì)材料，包括tio2、al2o3、hfo2、hfsio、hfsion、hftao、hftio、hfzro、la2o3、zro2、laalo，柵介質(zhì)層的厚度為100nm-300nm。
11、進一步地，第二絕緣層位于柵介質(zhì)層上方部分區(qū)域，并與所述源極和漏極相鄰，第二絕緣層高度與源極、漏極區(qū)域一致。
12、進一步地，絕緣層介質(zhì)材料采用sio2、鈦酸鋇鍶bst、鋯鈦酸鉛pzt中的一種或多種。
13、進一步地，所述石墨烯溝道層為大面積合成性能均一的石墨烯薄膜，其上還覆蓋一層氮化硼保護層。
14、本專利技術(shù)還提出一種上述基于旋涂絕緣介質(zhì)技術(shù)的石墨烯場效應晶體管的制備方法，所述方法包括：
15、提供基底，在所述基底上形成柵電極；
16、在所述基底以及柵電極上形成絕緣層，通過刻蝕掉高于柵電極的絕緣層，使絕緣層在柵電極兩端上形成第一絕緣層，并與柵電極高度保持一致；
17、在所述第一絕緣層和柵電極上形成柵介質(zhì)層；
18、在所述柵介質(zhì)層上形成源極和漏極；
19、在所述柵介質(zhì)層上以及所述源漏極和柵極之間形成第二絕緣層，成型后刻蝕掉高過源極、漏極高度的部分，使第二絕緣層高度與源極、漏極區(qū)域一致，并在所述第二絕緣層上刻蝕出多個納米級的凹槽；
20、通過化學氣相沉積生長石墨烯薄膜，然后轉(zhuǎn)移到源漏電極和第二絕緣層之上，氮化硼覆蓋于石墨烯上方，再通過激光直寫刻蝕完成薄膜的圖案化，形成石墨烯溝道層。
21、進一步地，柵電極金屬采用pb/au、ni/au、sn/au、ti/au中的一種，柵電極金屬通過電子束蒸鍍的方式實現(xiàn)；柵介質(zhì)層通過原子層沉積ald或者化學氣相沉積pecvd實現(xiàn)，柵介質(zhì)層采用tio2、al2o3、hfo2、hfsio、hfsion、hftao、hftio、hfzro、la2o3、zro2、laalo中的一種，柵介質(zhì)層的厚度為100nm-300nm。
22、進一步地，源漏電極的形成包括：在柵介質(zhì)層上旋涂一層高精密光刻膠層，再在所述光刻膠層上進行精密圖案化，將需要蒸鍍電極的區(qū)域暴露出來，對所述區(qū)域進行電子束蒸鍍。
23、進一步地，所述第一絕緣層和第二絕緣層通過制備好的前驅(qū)體溶液后再利用表面處理、旋涂鋪展、低溫烘烤和高溫退火的工藝制備成形，在第二絕緣層上通過聚焦離子束或者刻蝕的方式形成納米級的凹槽。
24、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)具有如下有益技術(shù)效果：
25、(1)本專利技術(shù)方案利用了旋涂絕緣介質(zhì)的流動性，可實現(xiàn)埋柵結(jié)構(gòu)晶體管柵電極上與其兩端的絕緣介質(zhì)層加工時高度保持一致，不會出現(xiàn)柵電極上的絕緣介質(zhì)層的突起，保證了后續(xù)加工的平整性，通過旋涂絕緣介質(zhì)技術(shù)并刻蝕形成與源漏電極高度一致的第二絕緣層，使第二絕緣層與源極和漏極區(qū)域高度也保持一致，實現(xiàn)了介質(zhì)層的平坦化，不會出現(xiàn)卷邊、褶皺等會對石墨烯造成影響的現(xiàn)象，石墨烯薄膜在轉(zhuǎn)移至已加工完成的襯底上時所受的應力會大大降低，從而減小石墨烯薄膜所受的損傷，同時，絕緣層上納米尺寸的凹槽的設置減少石墨烯與襯底接觸面積，從而減少了襯底散射的影響，提升石墨烯的載流子遷移率，從而提升器件性能；
26、(2)本專利技術(shù)提出的基于旋涂絕緣介質(zhì)的石墨烯場效應晶體管的制備方法中，絕緣介質(zhì)層加工采用旋涂鋪展、低溫烘烤和高溫退火等工藝，生成速率快，制備溫度低，對于降低器件加工過程中的熱應力有很大幫助，同時也實現(xiàn)了介質(zhì)層的平坦化。
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1.一種基于旋涂絕緣介質(zhì)技術(shù)的石墨烯場效應晶體管，其特征在于，所述石墨烯場效應晶體管包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于旋涂絕緣介質(zhì)技術(shù)的石墨烯場效應晶體管，其特征在于，柵電極金屬采用Pb/Au、Ni/Au、Sn/Au、Ti/Au中的一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于旋涂絕緣介質(zhì)技術(shù)的石墨烯場效應晶體管，其特征在于，所述柵介質(zhì)層采用介質(zhì)材料，包括TiO2、Al2O3、HfO2、HfSiO、HfSiON、HfTaO、HfTiO、HfZrO、La2O3、ZrO2、LaAlO，柵介質(zhì)層的厚度為100nm-300nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于旋涂絕緣介質(zhì)技術(shù)的石墨烯場效應晶體管，其特征在于，第二絕緣層位于柵介質(zhì)層上方部分區(qū)域，并與所述源極和漏極相鄰，第二絕緣層高度與源極、漏極區(qū)域一致。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于旋涂絕緣介質(zhì)技術(shù)的石墨烯場效應晶體管，其特征在于，絕緣層介質(zhì)材料采用SiO2、鈦酸鋇鍶BST、鋯鈦酸鉛PZT中的一種或多種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于旋涂絕緣介質(zhì)技術(shù)的石墨烯場效應晶體管，其特征在于，所述石
7.一種如權(quán)利要求1-6任一項所述的基于旋涂絕緣介質(zhì)技術(shù)的石墨烯場效應晶體管的制備方法，其特征在于，所述方法包括：
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，柵電極金屬采用Pb/Au、Ni/Au、Sn/Au、Ti/Au中的一種，柵電極金屬通過電子束蒸鍍的方式實現(xiàn)；柵介質(zhì)層通過原子層沉積ALD或者化學氣相沉積PECVD實現(xiàn)，柵介質(zhì)層采用TiO2、Al2O3、HfO2、HfSiO、HfSiON、HfTaO、HfTiO、HfZrO、La2O3、ZrO2、LaAlO中的一種，柵介質(zhì)層的厚度為100nm-300nm。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，源漏電極的形成包括：在柵介質(zhì)層上旋涂一層高精密光刻膠層，再在所述光刻膠層上進行精密圖案化，將需要蒸鍍電極的區(qū)域暴露出來，對所述區(qū)域進行電子束蒸鍍。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，所述第一絕緣層和第二絕緣層通過制備好的前驅(qū)體溶液后再利用表面處理、旋涂鋪展、低溫烘烤和高溫退火的工藝制備成形，在第二絕緣層上通過聚焦離子束或者刻蝕的方式形成納米級的凹槽。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于旋涂絕緣介質(zhì)技術(shù)的石墨烯場效應晶體管，其特征在于，所述石墨烯場效應晶體管包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于旋涂絕緣介質(zhì)技術(shù)的石墨烯場效應晶體管，其特征在于，柵電極金屬采用pb/au、ni/au、sn/au、ti/au中的一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于旋涂絕緣介質(zhì)技術(shù)的石墨烯場效應晶體管，其特征在于，所述柵介質(zhì)層采用介質(zhì)材料，包括tio2、al2o3、hfo2、hfsio、hfsion、hftao、hftio、hfzro、la2o3、zro2、laalo，柵介質(zhì)層的厚度為100nm-300nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于旋涂絕緣介質(zhì)技術(shù)的石墨烯場效應晶體管，其特征在于，第二絕緣層位于柵介質(zhì)層上方部分區(qū)域，并與所述源極和漏極相鄰，第二絕緣層高度與源極、漏極區(qū)域一致。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于旋涂絕緣介質(zhì)技術(shù)的石墨烯場效應晶體管，其特征在于，絕緣層介質(zhì)材料采用sio2、鈦酸鋇鍶bst、鋯鈦酸鉛pzt中的一種或多種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于旋涂絕緣介質(zhì)技術(shù)的石墨烯場效應晶體管，其特征在于，所述石墨烯溝道層為大面積合成性能均一...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：陳飛良，王川，李沫，張健，湯蘇涵，張宇，
申請(專利權(quán))人：電子科技大學，
類型：發(fā)明
國別省市：
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