[发明专利]一种镶嵌式石墨烯二极管的制造方法

说明书

本发明提供了一种镶嵌式石墨烯二极管的制造方法。本发明通过设计第一石墨烯区与第二石墨烯区的面积之比，以及电极总面积与石墨烯区的总面积之比，以此来提高二极管的击穿电压，同时可以保证第一电极和第二电极的电流密度接近或相同，以防止因为电流不均导致的击穿。

技术领域

本发明涉及半导体元器件制造技术领域，具体涉及一种镶嵌式石墨烯二极管的制造方法。

背景技术

先前的镶嵌式石墨烯PN结结构的二极管虽然可以实现较大的结区面积，但是其较小面积的电极会导致流经该电极的电流密度不均匀，造成部分电极电流过大，产生大量的热，可能会导致部分PN结被击穿。而较大面积的电极，会影响结区的电子迁移，不利于二极管的正常工作。

发明内容

基于解决上述问题，本发明提供了一种镶嵌式石墨烯二极管的制造方法，包括：

(1)提供一铜基底；

(2)在所述铜基底上沉积一层镍金属层；

(3)在所述镍金属层上形成第一掩膜层，所述第一掩膜层具有多个阵列排布的第一开口；

(4)通过所述第一掩膜层对所述镍金属层进行第一类型离子的掺杂，形成对应于多个第一开口的第一类型区域；

(5)去除所述第一掩膜层，并在所述镍金属层上形成第二掩膜层，所述第二掩膜层露出所述镍金属层的除所述第一类型区域的其他区域；

(6)通过所述第二掩膜层对所述镍金属层进行第二类型离子的掺杂，形成对应于其他区域的第二类型区域；

(7)进行第一退火，在第一类型区域形成具有第一类型离子的第一铜镍合金区，在第二类型区域形成具有第二类型离子的第二铜镍合金区，其中，第二铜镍合金区围绕多个孤岛状的第一铜镍合金区；

(8)对第一和第二铜镍合金层进行抛光形成平整表面；

(9)在所述平整表面上形成石墨烯层；

(10)进行第二退火，以使得石墨烯层形成对应于第一铜镍合金区的第一石墨烯区以及第二铜镍合金区的第二石墨烯区，其中第一石墨烯区和第二石墨烯区形成为石墨烯PN结结构的二极管；

(11)在所述第一石墨烯区上形成多个第一电极，在所述第二石墨烯区上形成多个第二电极；

其中，第一石墨烯区的面积与第二石墨烯的面积之比介于1/5-1/3，且所述多个第一电极和多个第二电极的总面积与所述第一石墨烯区和第二石墨烯区的总面积之比介于1/3-1/2。

进一步的，所述第一类型离子为P型掺杂元素，所述第二类型离子为N型掺杂元素。

进一步的，每个孤立的所述第一石墨烯区呈正六边形，且每个孤立的所述第一石墨烯区的面积为1-100μm²。

进一步的，每个孤立的所述第一石墨烯区与六个正六边形的第二石墨烯区邻接。

进一步的，每个第一石墨烯区对应一个第一电极，每个第一电极被六个第二电极包围，且所述六个第二电极分别与所述六个正六边形的第二石墨烯区一一对应。

进一步的，每个第一电极与每个第二电极的面积之比为1/2。

进一步的，该二极管正常工作时，流经第一电极的电流密度以及流经第二电极的电流密度均大于0.2A/mm²。

进一步的，该PN结正常工作时，流经第一电极的电流密度与流经第二电极的电流密度之差小于0.1A/mm²。