[发明专利]一种独立式离子胶薄膜门控石墨烯场效应晶体管制备方法

说明书

本发明公开了一种独立式离子胶薄膜门控石墨烯场效应晶体管制备方法，包括：首先在硅衬底上旋涂光刻胶PMMA，光刻出预设电极图案；将曝光后的硅衬底进行显影操作后置于异丙醇中定影；使用EBE镀膜装置在衬底上蒸镀金属层，获得电极；然后将筛选出的石墨烯转移至目标电极上，制备石墨烯场效应晶体管；最后将提前配置的离子胶烘烤去除多余的溶剂后，剪切转移至上述石墨烯场效应晶体管上。本发明通过提出“先做电极后转样品”的方法，大大减少了传统繁琐操作过程对石墨烯样品表面的负面影响，有效提升了石墨烯场效应晶体管的制备效率和成功率，且这种“剪切粘贴”离子胶的加工策略便于应用于制造各种基于半导体材料的晶体管，为大规模集成电路提供了参考。

技术领域

本发明涉及二维材料器件技术领域，具体涉及一种独立式离子胶薄膜门控石墨烯场效应晶体管制备方法。

背景技术

石墨烯作为新型的半导体材料具有远高于普通半导体材料的载流子迁移率，已被应用于场效应晶体管中，制备形成石墨烯场效应晶体管（Graphene Fie1d EffectTransistor，GFET），其中石墨烯用于形成石墨烯场效应晶体管的沟道。在传统的石墨烯场效应晶体管制作工艺流程中，通常采用“后做电极法”进行器件加工，该方法具体包括如下步骤：首先在半导体衬底上形成石墨烯薄膜，并在石墨烯薄膜上形成金属对准标记；然后经光刻和刻蚀工艺，图形化石墨烯薄膜，形成带状石墨烯作为导电沟道；最后经光刻、金属沉积、剥离等工艺，在带状石墨烯上形成金属电极。如图1所示，该方法结合了紫外光刻和电子束光刻EBL，需首先提前定制好带有十字坐标标记阵列的掩膜版，用紫外光刻机在面积较大的硅片上曝光出光掩模板预设的标记阵列，然后将曝光好的大硅片切割成带有单个十字坐标标记的小硅片。接着将筛选好的石墨烯材料转移到带有标记的硅片上，然后进行电子束光刻EBL操作。然而，在石墨烯场效应晶体管的制备过程中，为确保后做的电极能贴合样品形状，每个样品在光刻工艺中均需进行EBL图案绘制以在石墨烯表面形成所需要的图案，不仅这一过程费时、影响器件加工效率，而且由于石墨烯表面具有很强的吸附能力，在光刻工艺和蒸镀工艺中所采用的电子束胶、丙酮、异丙醇等有机溶剂易对石墨烯样品表面造成负面影响，从而导致石墨烯场效应晶体管的性能下降。

在石墨烯场效应晶体管栅介结构中引入具有良好电容特性或极化特性的材料可改善晶体管性能。离子液体具有来自电解质/电极界面处纳米厚双电层的超大比电容和宽电化学窗口。使用离子导电但电子绝缘的离子液体作为栅极电介质，晶体管通道中的电荷载流子数量可以调整到超过10¹⁴cm^-2。作为一种新型的混合材料，离子液体凝胶不仅保持了离子液体原有的理化性质，具有低蒸汽压、较高的热稳定性和化学稳定性、宽电化学窗口等独特优点，而且解决了离子液体容易外溢的问题。但在样品表面制备离子液体凝胶栅介质过程中，离子液体门控场效应晶体管器件实验过程失败率高。

为此，现阶段仍缺乏一种简易、高效的方法来制备场效应晶体管，在保证高开关比的前提下，有必要对高效、高成功率的场效应晶体管制作进行进一步地探究。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种独立式离子胶薄膜门控石墨烯场效应晶体管制备方法，能够在保证石墨烯场效应晶体管器件高开关比的前提下，解决离子液体门控场效应晶体管器件加工效率较低且实验过程中失败率高的问题。

本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：

一种独立式离子胶薄膜门控石墨烯场效应晶体管制备方法，包括以下步骤：

步骤1：获取硅衬底，在所述硅衬底上制备金属电极；

步骤2：利用聚乙烯醇PVA将筛选好的石墨烯样品粘到PVA上，然后利用二维材料转移平台将PVA上的石墨烯样品转移至上述步骤1制备好的金属电极上，获得石墨烯场效应晶体管器件；

步骤3：采用剪切转移的方式在步骤2制作好的石墨烯场效应晶体管器件上形成离子液体凝胶薄膜。

优选地，所述步骤1包括：