半懸浮石墨烯場效晶體管制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及晶體管技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種半懸浮石墨烯場效晶體管制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在集成電路領(lǐng)域，根據(jù)摩爾定律推測，每隔18個月，芯片中晶體管的數(shù)量便會提高一倍。隨著芯片集成度的提高，以硅材料為基礎(chǔ)的晶體管特征尺寸不斷縮小，并逐漸接近其物理極限。為了維持集成電路的不斷發(fā)展，需要引進全新的技術(shù)和材料，新材料始終是現(xiàn)代電子工業(yè)的基礎(chǔ)和關(guān)注的重點，其中石墨烯作為新一代半導(dǎo)體材料開發(fā)潛力巨大，有望取代硅，應(yīng)用于電子器件中。
[0003]石墨稀(Graphene)是一種由碳原子組成的，只有一個原子厚度的六角蜂窩狀二維晶體。石墨烯具有優(yōu)異的力學(xué)、熱學(xué)和電學(xué)性能，遠遠超過硅和其它傳統(tǒng)的半導(dǎo)體材料，其中石墨烯的理論載流子迀移率高達2X 105cm2/V.s，比硅高兩個數(shù)量級。利用石墨烯材料，可以研發(fā)出更小型，更快速的新型晶體管，晶體管的性能將顯著提升，實現(xiàn)硅基晶體管無法完成的性能突破。因此，石墨烯自2004年被發(fā)現(xiàn)以來，得到了世界范圍內(nèi)科學(xué)界的廣泛關(guān)注，被認(rèn)為是下一代集成電路中有望延續(xù)摩爾定律的重要材料。石墨烯的制備方法主要有:微機械剝離法、化學(xué)氣相沉積法(CVD法)和SiC升華法。其中，CVD法可以制備出高質(zhì)量大面積的石墨烯，被認(rèn)為是最有前途的制備方法。目前，石墨烯作為性能優(yōu)越的半導(dǎo)體材料，已經(jīng)被應(yīng)用于場效應(yīng)晶體管的制備之中。2012年，加州大學(xué)洛杉磯分校(UCLA)的科研小組，研發(fā)出特征頻率(fT)高達427 GHz的石墨烯場效應(yīng)晶體管。
[0004]當(dāng)前，采用CVD法石墨烯制備晶體管時，需要將石墨烯轉(zhuǎn)移到目標(biāo)襯底上。實驗發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)移的CVD石墨烯容易受到損傷和沾污，同時襯底與石墨烯直接接觸產(chǎn)生的界面散射，會嚴(yán)重降低石墨烯中載流子的迀移率，這限制了石墨烯晶體管的高頻性能。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種半懸浮石墨烯場效晶體管制備方法，所述方法避免了石墨烯受到損傷和沾污，通過石墨烯和襯底分離，降低來自襯底的界面散射，實現(xiàn)石墨稀中載流子的尚遷移率，提尚石墨稀晶體管的尚頻性能。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是:一種半懸浮石墨烯場效晶體管制備方法，其特征在于所述方法包括如下步驟:
1)在襯底的上表面涂覆光刻膠，進行光刻工藝，形成第一光刻膠圖形；
2)以襯底上表面的第一光刻膠圖形作為掩膜，對襯底進行刻蝕，形成具有凹槽的襯底結(jié)構(gòu)；
3)通過化學(xué)氣相沉積法制備金屬基石墨烯；
4)在金屬基石墨稀的上表面上沉積一層金屬層；
5)腐蝕掉金屬基石墨烯下方的金屬基，形成石墨烯組件；
6)將石墨烯組件轉(zhuǎn)移至具有凹槽的襯底結(jié)構(gòu)上； 7)在石墨烯組件的金屬層上涂覆光刻膠，進行柵光刻工藝，在金屬層的上表面形成第二光刻膠圖形；
8)以第二光刻膠圖形作為掩膜，腐蝕金屬層，充分腐蝕后，石墨烯層暴露出來，金屬層被一分為二，形成漏電極和源電極；
9)以第二光刻膠圖形作為掩膜，在漏、源電極之間的石墨烯層上沉積一層絕緣介質(zhì)，接著在絕緣介質(zhì)上沉積柵金屬，然后去除光刻膠，完成晶體管的制備。
[0007]進一步的技術(shù)方案在于:所述襯底為Si02、S1、SiC、藍寶石、金剛石、玻璃、云母或陶瓷。
[0008]進一步的技術(shù)方案在于:所述凹槽的深度為lnm-ΙΟΟμπι，長度和寬度為1nm-1OO μm0
[0009]進一步的技術(shù)方案在于:所述金屬基石墨稀為銅箔基石墨稀或鎳箔基石墨稀D
[0010]進一步的技術(shù)方案在于:沉積的金屬為銀、銅、金、鋁、鋅、鉬、銥、鎢、鈷、鎘、鎳、鐵、鉑、絡(luò)、鈦、鈀、鍺、鉛、鈹中的一種或兩種以上組合，厚度為Inm-1 μπι。
[0011]進一步的技術(shù)方案在于:絕緣介質(zhì)為氧化物、氮化物、氮氧化物或硅玻璃，厚度為Inm-100 nmD
[0012]進一步的技術(shù)方案在于:沉積的柵金屬為銀、銅、金、鋁、鋅、鉬、銥、鎢、鈷、鎘、鎳、鐵、鉑、鉻、鈦、鈀、鍺、鉛、鈹中的一種或兩種以上組合，厚度為10 nm-500 nm。
[0013]采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于:所述方法利用沉積在石墨烯表面的金屬層，將石墨烯轉(zhuǎn)移至凹槽襯底上，實現(xiàn)了石墨烯與襯底的分離，大大降低了載流子散射，實現(xiàn)石墨稀中載流子的尚遷移率，提尚石墨稀晶體管的尚頻性能。晶體管制備過程中，預(yù)先沉積在石墨烯材料上的金屬層起到了保護和和支撐的重要作用，避免石墨烯遭受損傷和沾污，保證了石墨烯的晶體完整性。并且，通過選擇性的腐蝕金屬，沉積的金屬層又可形成天然的源漏接觸電極，這種形成接觸電極方法的優(yōu)點是:1、與其它器件制備方法對比，無需特意制作源漏接觸電極，簡化了器件制備工藝；2、在器件制備開始階段，金屬就與具有潔凈表面的石墨烯緊密接觸，并在整個器件制備過程中，一直保持這種狀態(tài)，這樣形成的電極具有較低的接觸電阻，減小器件的寄生，提高器件性能。
【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明襯底的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明經(jīng)過步驟I)處理后的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是本發(fā)明經(jīng)過步驟2)處理后的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4是本發(fā)明經(jīng)過步驟3)處理后的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5是本發(fā)明經(jīng)過步驟4)處理后的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖6是本發(fā)明經(jīng)過步驟5)處理后的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖7是本發(fā)明經(jīng)過步驟6)處理后的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖8是本發(fā)明經(jīng)過步驟7)處理后的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖9是本發(fā)明經(jīng)過步驟8)處理后的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖10是本發(fā)明經(jīng)過步驟9)處理后的結(jié)構(gòu)示意圖；
其中:1、襯底2、凹槽3、第一光刻膠圖形4、金屬基石墨烯41、金屬基42、石墨烯層5、金屬層6、石墨烯組件7、第二光刻膠圖形8、漏電極9、源電極10、絕緣介質(zhì)11、柵金屬O
【具體實施方式】
[0015]下面結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0016]在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來實施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似推廣，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實施例的限制。
[0017]總體的本發(fā)明公開了一種半懸浮石墨烯場效晶體管制備方法，所述方法包括如下步驟:
I)在襯底I (如圖1所示)的上表面涂覆光刻膠，進行光刻工藝，形成第一光刻膠圖形3，如圖2所示；所述襯底可以為Si02、S1、SiC、藍寶石、金剛石、玻璃、云母或陶瓷等固體絕緣襯底。
[0018]2)以襯底I上表面的第一光刻膠圖形3作為掩膜，對襯底I進行刻蝕，形成具有凹槽2的襯底結(jié)構(gòu)，如圖3所示；凹槽尺寸:深度為lnm-100 μm，長度和寬度為1nm-1OO μπι。
[0019]3)通過化學(xué)氣相沉積法制備金屬基石墨稀4，如圖4所示，所述金屬基石墨稀為銅箔基石墨烯或鎳箔基石墨烯。
[0020]4)在金屬基石墨稀4的上表面上沉積一層金屬層5，如圖5所示，沉積的金屬為銀、銅、金、招、梓、鑰、依、媽、鉆、錦、銀、鐵、銷、絡(luò)、欽、鈕、錯、鉛、鈹中的一種或兩種以上組合，厚度為Inm-1 μ m。
[0021]5)腐蝕掉金屬基石墨烯4下方的金屬基41，形成石墨烯組件6，如圖6所示；
6)將石墨烯組件6轉(zhuǎn)移至具有凹槽2的襯底結(jié)構(gòu)上，如圖7所示；
7)在石墨烯組件6的金屬層5上涂覆光刻膠，進行柵光刻工藝，在金屬層5的上表面形成第二光刻膠圖形7，如圖8所示；
8)以第二光刻膠圖形7作為掩膜，腐蝕金屬層5，充分腐蝕后，石墨稀層42暴露出來，金屬層5被一分為二，形成漏電極8和源電極9，如圖9所不；
9)以第二光刻膠圖形7作為掩