[发明专利]一种石墨烯场效应器件制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种石墨烯场效应管器件的制备方法。

背景技术

随着计算机技术、互联网以及新型大众电子产品的高速发展，微型化，低成本，低功耗及高运行速度已经成为集成电路的发展趋势。从而推动互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)制造工艺不断地迅速发展，而随着集成电路的集成度及其性能不断提高的同时，其不断缩小的特征尺寸也即将逼近摩尔定律预言的物理尺寸的极限，这将导致微电子器件及其电路的运行出现严重失真，电子波函数将会扩展到临近的元件，传统的器件设计及其分析方法将不再有效。因此半导体器件及其制造工艺的进一步发展正面临着极大的挑战。因而新的半导体材料的出现及器件集成工艺的改进将具有极其重要的意义。

石墨烯作为一种崭新的具有严格二维晶格的性能优异的纳米材料，因其具有独特的物理结构及电学性能，已迅速成为国际新材料研究领域的热点。具有单原子层厚度的石墨烯是迄今为止导电性最好的材料，电子在其中的运动速度达到了光速的1/300，远远超过了电子在一般导体中的运动速度。由于石墨烯具有优异的载流子传输特性，其载流子迁移率高达10000cm²/Vs，高于Si的10倍，在将来极有可能取代Si，成为下一代集成电路的理想材料。与基于硅半导体材料的场效应管相比，石墨烯基场效应管具有更高的饱和速率，双极场效应特性，高热导率及临界电流密度，在超高速射频器件应用领域具有很大的潜力，预计其最高截止频率将超过1THz。而传统的CMOS制造工艺应用于石墨烯基器件时，在石墨烯上集成栅介质材料时，其制备工艺会在石墨烯晶格中引入缺陷，严重破坏单原子层石墨烯的晶格结构，降低载流子的迁移率导致器件性能降低。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种石墨烯场效应器件制备方法，用于解决现有技术中载流子迁移率低的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种石墨烯场效应器件制备方法，该方法包括以下步骤：

1)提供一半导体衬底；

2)在该半导体衬底上制备栅电极；

3)在步骤2)获得的结构上沉积具有高k介电常数的栅介质材料，形成栅介质层；

4)刻蚀所述栅介质层形成所需的图形；露出部分栅电极；

5)将制备好的石墨烯转移到步骤4)之后获得的结构上；

6)刻蚀所述石墨烯形成预设图形；该预设图形覆盖步骤4)中刻蚀所述栅介质层形成所需的图形，同样也露出该部分栅电极；

7)生长形成源漏电极。

优选地，所述步骤5)中制备好的石墨烯采用如下方法制备：

a．提供一衬底；

b．在该衬底上沉积石墨烯；形成石墨烯层；

c．在该石墨烯层上均匀涂覆聚合物胶；

d．将步骤c后获得的结构放入FeCl₃溶液中腐蚀掉衬底；仅保留聚合物胶及附着在上面的石墨烯；

e.将所述的石墨烯转移步骤4)之后获得的结构上并去除该聚合物胶。

优选地，所述步骤a中的衬底为抛光的Cu或Ni片。

优选地，所述步骤b中的沉积方法为化学气气相沉积法。

优选地，所述步骤6)中刻蚀所述石墨烯形成预设图形是通过光刻定义石墨烯器件阵列的有效区域，然后采用离子束刻蚀方法刻蚀掉有效区域外的石墨烯，剩下石墨烯导电沟道阵列。

优选地，所述步骤3)中的栅介质层为Al₂O₃薄膜。

优选地，所述Al₂O₃薄膜的厚度为厚度为5-50nm。

优选地，所述步骤1)中的衬底材料为Si、SiO₂、SiO₂/Si或者GaAs中的任意一种。

优选地，所述步骤2)中所述的栅电极为单栅、双栅或多栅结构。