[发明专利]一种基于石墨烯场效应管的微区加热方法及结构

说明书

技术领域

本发明属于半导体技术领域，涉及特别是涉及一种基于石墨烯场效应管的微区加热方法及结构。

背景技术

自从2004年曼彻斯特大学的Novoselov和Geim小组发现了单层石墨以来[K.S.Novoselov,A.K.Geim,S.V.Morozov,D.Jiang,Y.Zhang,S.V.Dubonos,I.V.Grigorieva,and A.A.Firsov,Electric Field Effect in Atomically Thin Carbon Films,Science306,666(2004)]，石墨烯的研究引起了人们的广泛关注。石墨烯具有其他碳家族成员所不具备的独特的物理特性，如反常整数量子霍尔效应，本征石墨烯的有限电导，以及普适光电导等。利用这些有趣的物理特性，石墨烯可以用于新型晶体管器件的设计。

常用的加热方法是基于光学来加热部件，包括激光加热或者电子束加热。所谓激光加热利用连续激光器产生的激光，经过聚焦产生高温射束照射待加热部件，使部件局部表面瞬间达到所需温度。而电子束加热利用高温运动的电子轰击待加热部件的表面，使很高的动能迅速转变为热能，从而使部件局部迅速提高到所需的温度。但是，这两种方法所使用的仪器庞大、操作也复杂，而且光斑的大小经常会使加热区域的尺寸不可控。

随着大规模化学气相沉积（CVD）制备石墨的方法不断进步，制备层数可控、均匀性较好的石墨烯已经成为可能。基于石墨烯的场效应管的电学性能已经被研究的很广泛，但是基于石墨烯场效应管的热性能还未有人研究过，本申请所要保护的是基于石墨烯场效应管的微区加热方法及结构。该结构为金属电极-石墨烯-衬底，通过调节背栅电压来实现石墨烯不同温度的加热。

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基于石墨烯场效应管的微区即热方法及结构，用于解决现有技术中微材料、微结构难以微区加热的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于石墨烯场效应管的微区加热方法，所述基于石墨烯场效应管的微区加热方法至少包括步骤：

1）制备基于石墨烯的场效应管，所述石墨烯具有窄边微区结构，所述场效应管的背面设置有背栅；

2）在所述石墨烯两端的电极之间加电压源或电流源，通过调节背栅电压来调制所述窄边微区结构的电阻，从而实现窄边微区结构的高温加热；所述加热的温度范围为100～1200℃。

作为本发明基于石墨烯场效应管的微区加方法的一种优化的方案，制备基于石墨烯的场效应管的步骤至少包括：

1-1）提供一目标衬底；

1-2）将制备的石墨烯转移到所述目标衬底的表面；

1-3）在所述石墨烯上依次旋涂第一光刻胶和第二光刻胶，对所述第一光刻胶进行曝光显影之后，对所述第二光刻胶进行显影以暴露石墨烯表面，所述第一光刻胶和第二光刻胶形成T型结构，在暴露的石墨烯表面沉积金属层，形成电极；

1-4）采用电子束曝光工艺图形化所述石墨烯，并通过氧化刻蚀工艺刻蚀所述石墨烯，从而形成具有窄边微区结构的石墨烯薄膜。

1-5）在所述目标衬底的背面沉积金属层形成背栅。

作为本发明基于石墨烯场效应管的微区加方法的一种优化的方案，所述步骤1-2）中制备石墨烯的步骤为：

1-2-1）提供一生长衬底，对所述生长衬底进行抛光处理，并对所述生长衬底进行清洗；

1-2-2）将所述生长衬底置于反应腔中，对所述反应腔进行抽真空后通入H2气并升温至一定温度，然后对所述生长衬底进行等离子体预处理；

1-2-3）保持通入H2气并通入CH4，采用等离子体增强化学气相沉积法于所述生长衬底表面生长石墨烯薄膜。

作为本发明基于石墨烯场效应管的微区加方法的一种优化的方案，所述窄边微区结构的尺寸设置为50～200nm。

作为本发明基于石墨烯场效应管的微区加方法的一种优化的方案，所述石墨烯为规则且对称的图形。

作为本发明基于石墨烯场效应管的微区加方法的一种优化的方案，所述石墨烯的图形形状为蛇型、哑铃型或镂空型。

作为本发明基于石墨烯场效应管的微区加方法的一种优化的方案，在所述石墨烯两端施加的电流范围为I，0＜I≤0.2mA。

本发明还提供一种基于石墨烯场效应管的微区加热结构，所述基于石墨烯场效应管的微区加热结构至少包括：基于石墨烯的场效应管，所述石墨烯具有窄边微区结构。