[发明专利]具有可调势垒的石墨烯开关装置

说明书

技术领域

示例实施方式涉及具有可调的半导体势垒的石墨烯开关装置。

背景技术

具有二维六方碳结构的石墨烯是可代替半导体的材料，因此最近已经在世界范围积极地进行了有关石墨烯的研究。石墨烯可以是零带隙半导体。在形成具有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。因此，通过使用GNR可以制造可在室温操作的场效应晶体管。

当使用GNR作为沟道的石墨烯晶体管被制造时，石墨烯晶体管的开/关电流比（on/off ratio）可能增大。然而，在GNR处的迁移率可能大大降低，并且石墨烯晶体管的导通电流由于GNR的不规则（distorted）边缘而可能较小。作为消除GNR的缺点的一种方法，可以通过在垂直方向上施加电场到双层的石墨烯而形成带隙。然而，此方法是大尺寸CVD方法，因此可能难以生长均匀的双层石墨烯并且由于随机域（domain）而难以商品化。

发明内容

示例实施方式涉及一种具有可调的半导体势垒的石墨烯开关装置。

额外的方面将在随后的描述中部分地阐述，并且部分将通过该描述而明显，或可以通过对示例实施方式的实践而习之。

根据示例实施方式，一种具有可调势垒的石墨烯开关装置包括：栅基板（gate substrate）；在栅基板上的栅介电层（gate dielectric）；在栅介电层上的石墨烯层；半导体层和第一电极，顺序堆叠在石墨烯层的第一区上，半导体层掺杂有n型杂质和p型杂质的其中之一，以及半导体层面对栅基板，石墨烯层位于半导体层与栅基板之间；以及第二电极，在石墨烯层的第二区上，该第二区与石墨烯层的第一区间隔开。

半导体层可以包括硅、锗、硅-锗、III-V族半导体以及II-VI族半导体的其中之一。

石墨烯层可以与第一电极分离。

半导体层可具有在大约1nm至大约10nm范围的厚度。

第一电极和第二电极可以包含金属和多晶硅的其中之一。

石墨烯开关装置可以是单极（uni-polar）晶体管，该单极晶体管的极性与半导体层的杂质类型相同。

半导体层可配置成在石墨烯层和第一电极之间形成能隙，该能隙可根据施加到栅基板的栅电压改变。

石墨烯层的一部分可包括一层至四层石墨烯。

根据示例实施方式，一种具有可调势垒的石墨烯开关装置包括：半导体层，配置成在石墨烯层与第一电极之间形成能隙，该第一电极位于半导体层的第一区上，该石墨烯层位于半导体层上；绝缘层，在半导体层的第二区上，该绝缘层与第一电极分离，石墨烯层位于第一电极与绝缘层之间，石墨烯层延伸到绝缘层上；第二电极，在石墨烯层和半导体层的第二区上，第二电极面对绝缘层；在石墨烯层上的栅介电层；以及栅电极，在栅介电层上。

半导体层可包括硅、锗、硅-锗、III-V族半导体和II-VI族半导体中的其中之一。

石墨烯层可以与所述第一电极分离。

石墨烯层与第一电极之间的间隙可以在大约1nm到大约30nm的范围。

第一电极和第二电极可以包含金属和多晶硅的其中之一。

石墨烯开关装置可以是单极晶体管，该单极晶体管具有与半导体层的杂质类型相同的极性。

通过半导体层形成的能隙可以根据施加到栅电极的栅电压改变。

石墨烯层的至少一部分可以具有一层至四层石墨烯。

根据示例实施方式，一种具有可调势垒的石墨烯开关装置包括：石墨烯层，包括与第二表面相反的第一表面；半导体层，包含n型杂质和p型杂质的其中之一，半导体层接触石墨烯层的第一表面的第一部分和石墨烯层的第二表面的第一部分的其中之一；第一电极，接触半导体层，第一电极与石墨烯层分离；第二电极，接触石墨烯层的第一表面的第二部分；栅电极；以及栅介电层，接触栅电极和石墨烯层，栅介电层位于栅电极与半导体层之间。

半导体层可以包括硅、锗、硅-锗、III-V族半导体以及II-VI族半导体中的其中之一。

第一电极和第二电极的至少之一可以包含金属和多晶硅的其中之一。

石墨烯层的至少一部分可具有一至四层石墨烯的厚度。

石墨烯开关装置可以是单极晶体管，该单极晶体管的极性与半导体层的杂质类型相同。

半导体层可以配置成在石墨烯层与第一电极之间形成能隙，以及该能隙可以根据施加到栅电极的栅电压改变。