[发明专利]一种具有高开关电流比的石墨烯晶体管及其制备方法

权利要求书

1.一种具有高开关电流比的石墨烯晶体管，其特征在于，该石墨烯晶体管包括衬底层、由下向上依次生长在衬底层上的金属电极层、介质层、石墨烯沟道层以及金属纳米颗粒层，所述的石墨烯沟道层两端分别设有第一金属电极及第二金属电极，所述的金属电极层为栅极，所述的第一金属电极为源极，所述的第二金属电极为漏极，所述的石墨烯沟道层中，石墨烯内设有纳米网状结构；

所述的金属纳米颗粒层的制作过程为：先通过电子束蒸发法或磁控溅射法在石墨烯沟道层上生长一层金属吸收层，控制厚度为3-5nm，再于200-300℃条件下，退火5-30min，退火后，金属吸收层受热转变成金属纳米颗粒层。

2.根据权利要求1所述的一种具有高开关电流比的石墨烯晶体管，其特征在于，所述的衬底层为n型重掺杂Si衬底层。

3.根据权利要求1所述的一种具有高开关电流比的石墨烯晶体管，其特征在于，所述的金属电极层为通过电子束蒸发生长在衬底层上的金层，厚度在200nm以内。

4.根据权利要求1所述的一种具有高开关电流比的石墨烯晶体管，其特征在于，所述的介质层为SiO₂介质层，该SiO₂介质层的厚度在100nm以内。

5.根据权利要求1所述的一种具有高开关电流比的石墨烯晶体管，其特征在于，所述的石墨烯沟道层的厚度在1nm以内。

6.根据权利要求1所述的一种具有高开关电流比的石墨烯晶体管，其特征在于，所述的金属纳米颗粒层的厚度为3-5nm。

7.根据权利要求1或6所述的一种具有高开关电流比的石墨烯晶体管，其特征在于，所述的金属纳米颗粒层的材质为Ni、Co、Au或Fe中的一种。

8.根据权利要求1所述的一种具有高开关电流比的石墨烯晶体管，其特征在于，所述的第一金属电极及第二金属电极的厚度为10-200nm，材质为Au、Al或Ti中的一种。

9.一种如权利要求1所述的具有高开关电流比的石墨烯晶体管的制备方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：

(1)清洗衬底：将衬底层清洗干净；

(2)制作金属电极层：通过电子束蒸发法或磁控溅射法在衬底层上生长一层金属电极层；

(3)制作介质层：通过热氧化方法在金属电极层上生长一层SiO₂介质层，控制厚度在100nm以内；

(4)制作石墨烯沟道层：在介质层上直接生长或通过转移技术的方法覆盖一层石墨烯沟道层；

(5)制作金属纳米颗粒层：先通过电子束蒸发法或磁控溅射法在石墨烯沟道层上生长一层金属吸收层，控制厚度为3-5nm，再于200-300℃条件下，退火5-30min，退火后，金属吸收层受热转变成金属纳米颗粒层；

(6)制作电极：用PMMA作为光刻胶，通过电子束光刻在石墨烯沟道层上制作源电极与漏电极。

10.根据权利要求9所述的一种具有高开关电流比的石墨烯晶体管的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，在介质层上采用化学气相沉积法直接生长一层石墨烯沟道层或通过标准机械剥离工艺获得石墨烯，之后通过转移技术转移到介质层上。