[发明专利]一种扩展栅极结构的垂直型纳米间隙真空晶体管及其制备方法

权利要求书

1.一种扩展栅极结构的垂直型真空纳米沟道晶体管，其特征在于：包括背栅极（1）、发射极（2）、扩展栅极（3）、收集极（4）和第一氧化物绝缘衬底（5）、第二氧化物绝缘衬底（6）、第三氧化物绝缘衬底（7）；所述第一氧化物衬底（5）设置于背栅极（1）与发射极（2）之间，所述第二氧化物衬底（6）设置于发射极（2）与扩展栅极（3）之间，所述第三氧化物衬底（7）设置于扩展栅极（3）与收集极（4）之间，皆用于隔绝电极间的漏电流；所述发射极（2）和收集极（4）之间的距离在亚100纳米尺度。

2.根据权利要求1所述的扩展栅极的垂直型真空纳米沟道晶体管，其特征在于：发射极（2）和收集极（4）之间的真空沟道小于100纳米，扩展栅极厚度小于50纳米，第二氧化物绝缘衬底（6）和第三氧化物绝缘衬底（7）的厚度小于20纳米，第一氧化物绝缘衬底（5）的厚度小于100纳米。

3.根据权利要求1所述的扩展栅极的垂直型真空纳米沟道晶体管，其特征在于：所述的背栅极（1）、发射极（2）和扩展栅极（3）的材料为半导体或金属材料，通过薄膜沉积工艺制备得到。

4.根据权利要求1所述的扩展栅极的垂直型真空纳米沟道晶体管，其特征在于：所述的收集极（4）材料为半导体或金属材料，通过薄膜沉积工艺制备得到；或者为石墨烯材料，通过湿法转移工艺制备得到。

5.根据权利要求1所述的扩展栅极的垂直型真空纳米沟道晶体管，其特征在于：所述的第一氧化物绝缘衬底（5）材料为二氧化硅，所述的第二氧化物绝缘衬底（6）和第三氧化物绝缘衬底（7）材料为三氧化二铝或氧化铪材料。

6.根据权利要求1所述的扩展栅极的垂直型真空纳米沟道晶体管，其特征在于：所述的发射极（2）为锥形或圆弧形，以提高表面的场增强因子。

7.根据权利要求1至6中任一一项所述的一种栅极的垂直型真空纳米沟道晶体管的制备方法，其特征在于，该方法针对所述收集极（4）为金属或半导体材料，其具体步骤为：

（a）首先，依次用丙酮、异丙醇和去离子水超声清洗硅片，用氮气吹干其表面；

（b）在抛光面上用磁控溅射沉积背栅极的第一氧化物绝缘层（5），材料为二氧化硅；

（c）利用化学气相沉积或者电子束蒸镀制备半导体或金属薄膜作为发射极（2），以及光刻标记mark用于后续的光刻对准；

（d）旋涂光刻胶，利用电子束光刻的方法在样品表面曝光预先设定的图形区域；在异丙醇和甲基异丁基酮的混合溶液显影后，利用氧等离子体刻蚀制备得到锥形或圆弧形的发射极形貌；

（e）再次旋涂光刻胶，利用电子束对准工艺，在发射极边缘进行相应的曝光以及显影、清洗工艺；

（f）利用化学气相沉积或者电子束蒸镀依次沉积第二氧化物绝缘层（6），扩展栅极（3），第三氧化物绝缘层（7）以及收集极（4）；

（g）最后将制备得到的样品放在丙酮中剥离（lift-off工艺）并分别在异丙醇和去离子水中超声清洗，工艺制备结束利用扫描电子显微镜观察评估。

8.根据权利要求1至6中任一一项所述的一种栅极的垂直型真空纳米沟道晶体管的制备方法，其特征在于，该方法针对所述收集极（4）为石墨烯等二维材料，其具体步骤为：

（A）首先，依次用丙酮、异丙醇和去离子水超声清洗硅片，用氮气吹干其表面；

（B）在抛光面上用磁控溅射沉积背栅极的第一氧化物绝缘层（5），材料为二氧化硅；

（C）利用化学气相沉积或者电子束蒸镀制备半导体或金属薄膜作为发射极（2），以及光刻标记mark用于后续的光刻对准；

（D）旋涂光刻胶，利用电子束光刻的方法在样品表面曝光预先设定的图形区域；在异丙醇和甲基异丁基酮的混合溶液显影后，利用氧等离子体刻蚀制备得到锥形或圆弧形的发射极形貌；

（E）再次旋涂光刻胶，利用电子束对准工艺，在发射极边缘进行相应的曝光以及显影、清洗工艺；

（F）利用化学气相沉积或者电子束蒸镀依次沉积第二氧化物绝缘层（6），扩展栅极（3）和第三氧化物绝缘层（7）；

（G）随后化学气相沉积法在铜箔表面制得石墨烯薄膜，再通过湿法转移的方式将石墨烯薄膜转移到氧化物绝缘层（7）的上表面，形成石墨烯收集极（4）；

（H）最后将制备得到的样品放在丙酮中剥离（lift-off工艺）并分别在异丙醇和去离子水中清洗，工艺制备结束利用扫描电子显微镜观察评估。