[发明专利]一种单栅石墨烯倍频器的制备方法

说明书

本发明提出了一种单栅石墨烯倍频器的制备方法，在电子电路、微纳电子学等领域具有应用前景。本发明在常规的源(或漏)金属和石墨烯接触的基础上插入一层不连续或是多孔连续的金属氧化薄膜构成金属/氧化层/石墨烯的接触结构，或是第二金属/第一金属/氧化层/石墨烯的接触结构，同时在石墨烯沟道上方覆盖金属、金属氧化物或是有机物等材料，得到转移特性曲线具有两个电流极小值点的石墨烯倍频器件。本发明石墨烯倍频器的三次谐波的能量或是四次谐波的能量占全部输出交流信号(基频和各次谐波)能量的比例高。

技术领域

本发明提出了一种单栅石墨烯倍频器的制备方法，在电子电路、微纳电子学等领域具有应用前景。

背景技术

倍频器用在电子电路中产生高倍频率，常使用二极管，三极管等具有非线性特性器件的高次谐波制备。石墨烯具有独特的双极性电学性能,利用石墨烯的双极性特点可以制备两倍频器件。近年来，石墨烯的3倍频等高倍器件的制备上已取得了进展。目前石墨烯3倍频等高倍器件主要通过多栅器件结构实现，常用的方法有一个顶栅加上一个或两个背栅的多栅器件结构，该方法得到的石墨烯倍频器可以输出转换效率较高的3倍频和4倍频。

但是采用多栅结构制备石墨倍频器，结构复杂，制备工艺复杂，成本较高。尤其是石墨烯顶栅的制备过程中，通常需要额外做一层种子层，才能再原子层沉积制备顶栅介质。

发明内容

本发明目的在于提出了一种单栅石墨烯倍频器的制备方法。

本发明可通过如下技术方案实现：

一种单栅石墨烯倍频器的制备方法，其步骤包括：

(1)栅和栅介质的选取：具有绝缘电介质层(做栅介质)/导电层(做栅电极)的堆叠结构，其中电介质层厚度在2nm到500nm。具体为，采用高掺杂的低电阻硅做栅，然后热氧化生成10nm到500nm的氧化硅做栅介质；也可以选取石英，蓝宝石等绝缘衬底，先蒸发或是溅射一层金属做栅，然后再热蒸发或是原子层沉积一层2nm到500nm的氧化铝或其它电介质做栅介质，也可通过其它方式实现，

(2)石墨烯有源区的制备：将石墨烯薄膜转移到栅介质上，或是直接在栅介质上生长石墨烯薄膜，其中石墨烯薄膜可以是均一的单层，也可以是均一的双层或多层，也可以是不均一的单层或多层。利用光刻胶图形化之后再等离子刻蚀，形成石墨烯器件的有源区。

(3)漏与源电极的制备：漏源接触电极采用金属/氧化层的两层堆叠，其中金属通常是惰性金属，例如金或铂等，厚度小于500微米；氧化层是活波金属(铝或钛或镍或钇等)氧化之后形成的岛状不连续金属氧化薄膜或是多孔连续金属氧化薄膜或是含有上述两种结构构成的混合形状金属氧化薄膜，厚度小于10nm。或者漏源接触电极采用第一金属/第二金属/氧化层的三层堆叠结构，第二金属是粘附层，通常由钛或铬或钯等金属构成，厚度小于100nm。第一金属通常是惰性金属，例如金或铂等，厚度小于500微米，氧化层是活波金属(铝或钛或镍或钇等)氧化之后形成的岛状不连续金属氧化薄膜或是多孔连续金属氧化薄膜或是含有上述两种结构构成的混合形状金属氧化薄膜，厚度小于5nm。

源和漏电极可以都做上述两层或是三层堆叠结构。也可以源或漏电极中的一个做成上述两层或是三层堆叠结构，而另一个电极做成金属与石墨烯直接接触方式，即不加氧化层的结构。

(4)石墨烯沟道处理：在石墨烯沟道上覆盖材料。可以是的岛状不连续金属颗粒；可以是岛状不连续金属氧化薄膜或是多孔连续金属氧化薄膜或是含有上述两种结构构成的混合形状金属氧化薄膜；可以是连续的金属氧化物薄膜；也可以是有机物(例如PMMA、PDMS)构成的连续薄膜或是岛状不连续薄膜或是多孔连续薄膜。覆盖的方式可以是在石墨烯沟道上部分覆盖，或是全部覆盖。

(5)石墨烯倍频器件：本发明制备的器件的转移特性曲线具有双电流波谷(有两个电流极小值点)，可以做为石墨烯倍频器。

本发明的技术效果如下：