[实用新型]一种石墨烯场效应晶体管

说明书

技术领域

本实用新型涉及半导体器件领域，尤其涉及一种石墨烯场效应晶体管。

背景技术

石墨烯是由单层碳原子紧密堆积成二维蜂窝状晶格结构的一种碳质新材料，因其独特而优异的电学、热学、力学等方面的性能而成为目前研究的热点，特别是作为新一代的半导体材料已经引起了相当多的关注。基于柔性石墨烯场效应晶体管的电子产品是未来的发展方向之一。

目前大部分具有柔性基底的石墨烯场效应晶体管都是通过微加工化学气相沉积法生长的石墨烯制备出的。这种方式产生的石墨烯薄膜表面与大量的褶皱，转移过程中易破损。另外石墨烯场效应晶体管在制备过程中，需要经光刻工艺在石墨烯表面形成所需要的图案，由于石墨烯表面具有很强的吸附能力，光刻工艺中所采用的光刻胶极易被石墨烯吸附，从而导致石墨烯表面的光刻胶无法彻底清洗掉，造成光刻胶残留。而光刻胶残留会造成石墨烯场效应晶体管的性能下降。

实用新型内容

本实用新型提供了一种石墨烯场效应晶体管，其包括设置在柔性基底形成的凹槽中的石墨烯层和栅极电介质层，设置在石墨烯层形成的凹槽两侧的源极电极和漏极电极，和设置在栅极电介质层形成凹槽中的栅极电极；

其中，所述栅极电介质层设置在所述源极电极和漏极电极与栅极电极之间以将源极电极和漏极电极与栅极电极隔开。

根据一个优选的实施方式，所述柔性基底为非水溶性树脂制成的薄膜。采用柔性基底使得石墨烯场效应晶体管可以适用于各种柔性器件中。

根据一个优选的实施方式，所述石墨烯层形成的凹槽的横截面大致呈梯形或弧形，所述源极电极和漏极电极彼此分离地相对设置在所述梯形或弧形的两侧。源极电极和漏极电极设置在石墨烯层形成的凹槽的侧面，相对于各部分层状平铺的石墨烯场效应晶体管，其纵向厚度增加，横向宽度减小，整体接近于柱状，使得在基底上的占用面积减小，有利于提升柔性基底上的晶体管密度，节省空间；另外柔性基底在发生形变时传递给石墨烯场效应晶体管的拉力、挤压力、扭曲力等不良影响也会减小，因此提升了石墨烯场效应晶体管的机械稳定性。

根据一个优选的实施方式，所述柔性基底形成的凹槽的开口、所述石墨烯层形成的凹槽的开口和所述栅极电介质层形成的凹槽的开口均朝向同一方向。

根据一个优选的实施方式，所述柔性基底形成开口面积大底部面积小的梯形凹槽。石墨烯层以均匀的厚度覆盖在该凹槽的内壁上，形成与之结构相似的开口大底部小的梯形凹槽。源极电极和漏极电极呈片状，并相对贴附在石墨烯层的梯形凹槽的两侧斜面上。优选的，源极电极片和漏极电极片从凹槽的开口处到底部厚度逐渐减小。优选的，所述源极电极片和漏极电极片的厚度均匀分布。

根据一个优选的实施方式，所述源极电极和/或所述漏极电极的横截面大致呈平行四边形、三角形和/或梯形。

根据一个优选的实施方式，所述源极电极、漏极电极和栅极电极均至少有一部分通过所述柔性基底形成的凹槽的开口露出所述柔性基底的表面。此处“露出”指的是没有被柔性基底覆盖，即源极电极、漏极电极镶嵌在石墨烯层与栅极电介质层之间，栅极电极的一部分镶嵌在栅极电介质层中，但源极电极、漏极电极和栅极电极仍至少有一部分表面没有被石墨烯层或栅极电介质层覆盖，也没有被柔性基底覆盖，从而可以从柔性基底的凹槽的开口处被触及，以便于连接导电材料或其他元件。优选的，所述源极电极、漏极电极和栅极电极露出的部分与柔性基底的表面平齐，形成平滑的表面。

根据一个优选的实施方式，所述栅极电介质层包括氧化石墨烯层、金属氧化物层、h-BN层中的一种或几种。优选的，所述栅极电介质层包括氧化石墨烯层和金属氧化物层，其中所述氧化石墨烯层位于源极电极和漏极电极与金属氧化物层之间，栅极电极镶嵌在金属氧化物层形成的凹槽中。氧化石墨烯既提供了原子层沉积的成核中心，同时不会引起石墨烯材料载流子迁移率的显著下降，因此也不会引起器件性能的下降。

根据一个优选的实施方式，所述金属氧化物层为氧化钛层、氧化锆层和/或氧化铝层。优选的所述金属氧化物层的厚度为3nm-30nm。

根据一个优选的实施方式，所述金属氧化物层为氧化铝层。

根据一个优选的实施方式，所述栅极电介质层为h-BN层。采用h-BN作为栅极电介质，在高频和强电场下的特性会比典型的以二氧化硅作为栅极电介质的石墨烯场效应晶体管特性更好。

根据一个优选的实施方式，所述柔性基底为聚苯乙烯薄膜、聚甲基丙烯酸甲酯薄膜、聚对苯二甲酸乙二醇脂薄膜、聚酰亚胺、聚二甲基硅氧烷薄膜和聚碳酸酯薄膜中的一种或多种。

根据一个优选的实施方式，所述柔性基底的厚度为2-5μm。