[发明专利]具有多层栅极绝缘层的石墨烯电子器件

说明书

技术领域

本公开涉及通过在石墨烯沟道层与栅极电极之间形成多层栅极绝缘层而具有改善的电特性的石墨烯电子器件。

背景技术

具有二维六边形碳结构的石墨烯是一种可以代替半导体的新材料。石墨烯是零带隙半导体，在室温具有100000cm²V^-1s^-1的迁移率，这是硅的大致100倍。因此，石墨烯可以应用到高频器件诸如射频(RF)器件。

当形成具有10nm或更小的石墨烯沟道宽度的石墨烯纳米带(GNR)时，带隙通过尺寸效应形成。可在室温操作的场效应晶体管可以通过使用GNR制造。

石墨烯电子器件是包括石墨烯的电子器件，诸如场效应晶体管或RF晶体管。

在没有接触任何其他材料时，石墨烯在空气中在浮置状态具有高的迁移率。然而，当石墨烯接触无机绝缘层诸如硅氧化物时或当石墨烯吸收潮气时，迁移率会减小。因而，包括石墨烯的电子器件可能不能具有预期的特性。

发明内容

本发明提供了在石墨烯沟道层与栅极绝缘层之间具有疏水有机绝缘层的石墨烯电子器件。

额外的方面将在以下的描述中部分阐述，并将部分地从该描述而明显，或者可以通过实践给出的实施例而习知。

根据本发明的一方面，提供一种石墨烯电子器件，包括：导电基板，用作栅极电极；栅极绝缘层，形成在导电基板上；石墨烯沟道层，形成在栅极绝缘层上；以及源极电极和漏极电极，分别形成在石墨烯沟道层的两端上，其中栅极绝缘层包括无机绝缘层和有机绝缘层。

有机绝缘层可以设置在无机绝缘层与石墨烯沟道层之间。

有机绝缘层可以包括氟基聚合物。

有机绝缘层可以由从聚氟乙烯(PVF)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚全氟丁烯乙烯基醚(poly(perfluorobutenylvinylether))、聚四氟乙烯(PTFE)以及非晶含氟聚合物构成的组中选出的一种材料形成。

有机绝缘层可以具有小于无机绝缘层的厚度。

有机绝缘层可以具有在从约1nm至约20nm的范围内的厚度。

无机绝缘层可以由从硅氧化物、铝氧化物和铪氧化物构成的组中选出的一种材料形成。

石墨烯沟道层可以包括单层石墨烯或双层石墨烯。

石墨烯沟道层可以是纳米带石墨烯，石墨烯电子器件可以是场效应晶体管。

石墨烯电子器件还可以包括覆盖石墨烯沟道层的钝化层。

根据本发明的另一方面，提供一种石墨烯电子器件，包括：基板；石墨烯沟道层，形成在基板上；源极电极和漏极电极，分别形成在石墨烯沟道层的两端上；栅极绝缘层，形成为覆盖位于源极电极与漏极电极之间的石墨烯沟道层；以及栅极电极，形成在源极电极与漏极电极之间的栅极绝缘层上，其中栅极绝缘层包括有机绝缘层和形成在有机绝缘层上的无机绝缘层。

附图说明

从以下结合附图对实施例的描述，这些和/或其他的方面将变得明显并更易于理解，在附图中：

图1是示出根据本发明实施例的石墨烯电子器件的结构的示意性截面图；

图2是示出在图1的结构中根据场效应晶体管(FET)的栅极电压的漏极电流特性的曲线图，其中栅极绝缘层仅由无机绝缘层形成；

图3是示出根据具有图1的结构的FET的栅极电压的漏极电流特性的曲线图；

图4是示出常规石墨烯FET和根据本发明实施例的石墨烯FET的空穴迁移率随着在空气中的暴露时间的增加而变化的曲线图；

图5是根据本发明另一实施例的石墨烯电子器件的结构的示意性截面图；以及

图6是根据本发明另一实施例的石墨烯电子器件的结构的示意性截面图。

具体实施方式

现在将详细参照实施例，实施例的示例在附图中示出。在附图中，为了清晰，层和区域的长度和尺寸可以被夸大，此外，相似的附图标记始终指代相似的元件，将省略其描述。

图1是示出根据本发明实施例的石墨烯电子器件100的结构的示意性截面图。

参照图1，多层栅极绝缘层120可以形成在基板110上，石墨烯沟道层130可以形成在多层栅极绝缘层120上。源极电极141和漏极电极142可以分别形成在石墨烯沟道层130的两端上。

基板110可以用作底栅极电极，并可以由高掺杂的材料诸如硅、钽氮化物、金、铝、铟锡氧化物等形成。