[发明专利]一种自对准石墨烯场效应晶体管及其制备方法

权利要求书

1.一种自对准石墨烯场效应晶体管，其特征在于，该自对准石墨烯场效应晶体管包括半导体衬底(10)、绝缘层(11)、导电通道(12)、源电极(13)、漏电极(14)、栅介质层(15)、栅金属(16)和自对准金属(17)，其中，绝缘层(11)形成于半导体衬底(10)上，导电沟道(12)形成于绝缘层(11)上，导电沟道(12)由石墨烯构成，源电极(13)和漏电极(14)分别形成于导电通道(12)的两侧，栅介质层(15)选择性沉积在源电极(13)和漏电极(14)之间的导电沟道(12)上，栅金属(16)形成于栅介质层(15)之上，栅介质层(15)与栅金属(16)同时图形化堆砌在一起形成栅堆积层，对沟道区载流子浓度进行调控；自对准金属(17)覆盖源电极(13)、漏电极(14)、导电通道(12)以及栅金属(16)之上，减小未被栅条覆盖区域面积，实现器件栅与源漏的自对准。

2.根据权利要求1所述的自对准石墨烯场效应晶体管，其特征在于，所述栅介质层(15)为活泼金属铝或钇，随后通过氧化的方法形成；或者所述栅介质层(15)由原子层沉积的金属氧化物层氧化铝、氧化锆或氧化铪形成。

3.根据权利要求1所述的自对准石墨烯场效应晶体管，其特征在于，所述栅介质层(15)的厚度在10纳米～50内米之间。

4.根据权利要求1所述的自对准石墨烯场效应晶体管，其特征在于，所述自对准金属(17)采用钛、金、铬、钯或铂。

5.根据权利要求1所述的自对准石墨烯场效应晶体管，其特征在于，所述自对准金属层的厚度小于介质层的厚度，在2纳米～20内米之间。

6.一种制备权利要求1至5中任一项所述的自对准石墨烯场效应晶体管的方法，其特征在于，该方法包括：

步骤S11：在半导体衬底上依次形成绝缘层和石墨烯导电沟道层，并在石墨烯导电沟道层上形成源电极和漏电极；

步骤S12：在源电极和漏电极之间的石墨烯导电沟道层上旋涂光刻胶，对该光刻胶进行曝光和显影，形成栅图形区；

步骤S13：在栅图形区选择性沉积活泼金属随后进行氧化处理，或者在栅图形区利用原子层沉积技术选择性低温沉积金属氧化物层，形成栅介质层；

步骤S14：在栅介质层上电子束蒸发栅金属；

步骤S15：剥离去除光刻胶和多余栅金属，并去除沟道区其它部位残胶；

步骤S16：在源电极(13)、漏电极(14)、导电通道(12)以及栅金属(16)之上电子束蒸发形成自对准金属层，且自对准金属层的厚度小于栅介质层的厚度。

7.根据权利要求6所述的自对准石墨烯场效应晶体管，其特征在于，步骤S12中所述光刻胶为正胶9912、翻转胶AZ5214、电子束胶PMMA、MMA、UVIII或ZEP胶。

8.根据权利要求7所述的自对准石墨烯场效应晶体管，其特征在于，步骤S12中所述显影采用的显影液，对于正胶9912采用的显影液为CD26，对于翻转胶采用的显影液为AZ显影液，对于电子束胶采用的显影液为邻二甲苯或N50。

9.根据权利要求6所述的自对准石墨烯场效应晶体管，其特征在于，步骤S13中所述活泼金属是易被氧化的金属铝或钇，对活泼金属进行氧化处理包括：热板加热在空气中氧化，用RIE或Matrix产生的氧等离子体氧化，用氧紫外线的UV进行氧化，或者利用ALD腔体中的臭氧源进行氧化。

10.根据权利要求6所述的自对准石墨烯场效应晶体管，其特征在于，步骤S13中所述在栅图形区利用原子层沉积技术选择性低温沉积金属氧化物层，该金属氧化物层为氧化铝或氧化铪。

11.根据权利要求10所述的自对准石墨烯场效应晶体管，其特征在于，当该金属氧化物层为氧化铝时，该沉积过程具体包括：

步骤3a：用O₃和三甲基铝为源在25℃～60℃温度范围内生长3～20个周期的氧化铝做为种子层；

步骤3b：再用H₂O和三甲基铝为源或O₃和三甲基铝为源在90℃～110℃生长75～250个周期的氧化铝；

步骤3c：在N₂气氛保护下在230℃～300℃快速退火，时间为10秒～3分钟。