[发明专利]基于Cu膜退火的Si衬底上侧栅石墨烯场效应管制作方法

摘要

本发明公开了一种基于Cu膜退火的Si衬底上侧栅石墨烯场效应管制作方法，主要解决现有技术制作的石墨烯场效应管载流子散射严重和迁移率低的问题。其实现步骤是：（1）在Si衬底上生长碳化层作为过渡；（2）在1100℃-1250℃下进行3C-SiC异质外延生长；（3）在3C-SiC表面淀积SiO2，并在SiO2上光刻出侧栅图形窗口，露出3C-SiC；（4）将3C-SiC与气态CCl4在800-1000℃下反应，生成碳膜；（5）将碳膜样片置于缓冲氢氟酸溶液中，去除窗口外的SiO2；（6）将去除SiO2后的碳膜样片置于Cu膜上，并一同置于Ar气中，在温度800-1000℃下退火10-25min生成石墨烯，再取下Cu膜；（7）在石墨烯表面淀积接触电极并光刻形成金属接触。本发明制备的石墨烯场效应管具有很高的电子迁移率，并有效避免了载流子散射效应。

主权项

一种基于Cu膜退火的Si衬底上侧栅石墨烯场效应管制作方法，包括以下步骤：（1）对4‑12英寸的Si衬底基片进行标准清洗以去除表面污染物；（2）将清洗后的Si衬底基片放入CVD系统反应室中，对反应室抽真空达到10‑7mbar级别，而后在H2保护的情况下，使反应室逐步升温至碳化温度900℃‑1100℃，通入流量为40ml/min的C3H8气体3‑8min，生长一层碳化层；（3）将反应室升温至3C‑SiC的生长温度1100℃‑1250℃，再通入C3H8和SiH4，进行3C‑SiC薄膜异质外延生长，生长时间为35‑70min；然后在H2保护下逐步降温至室温，完成3C‑SiC薄膜的生长；（4）在生长好的3C‑SiC样片表面利用等离子体化学气相淀积PECVD淀积一层0.5‑1μm厚的SiO2掩膜；（5）在SiO2掩膜上光刻形成侧栅场效应管的侧栅极、源极、漏极和导电沟道图形的窗口；（6）将开窗后的样片置于石英管中，对石英管加热至800‑1000℃；（7）对装有CCl4液体的三口烧瓶加热至60‑80℃，再向三口烧瓶中通入Ar气，利用Ar气携带CCl4蒸汽进入石英管中，使CCl4与裸露的3C‑SiC反应30‑120min，生成碳膜；（8）将生成的碳膜的样片置于缓冲氢氟酸溶液中以去除窗口之外的SiO2；（9）将去除SiO2后的碳膜样片置于Cu膜上，并一起置于Ar气中在温度为800‑1000℃下退火10‑25分钟，使碳膜在窗口位置重构成石墨烯，形成侧栅石墨烯场效应管的侧栅极、源极、漏极和导电沟道；（10）将Cu膜从已形成侧栅极、源极、漏极和导电沟道的石墨烯样片上取开；（11）在石墨烯样片上用电子束蒸发的方法淀积金属Pd和金属Au，作为侧栅石墨烯场效应管的接触层；（12）光刻金属接触层形成侧栅石墨烯场效应管的侧栅极、源极、漏极金属电极；（13）使用丙酮溶液浸泡制作好的样品10分钟以去除残留的PMMA，取出后烘干，得到侧栅石墨烯场效应管。