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金屬石墨烯雙面接觸結(jié)構(gòu)的制備方法及石墨烯晶體管的制作方法

文檔序號:10554305閱讀:224來源:國知局
金屬石墨烯雙面接觸結(jié)構(gòu)的制備方法及石墨烯晶體管的制作方法
【專利摘要】一種金屬石墨烯雙面接觸結(jié)構(gòu)的制備方法及石墨烯晶體管,該制備方法包括:在襯底上光刻定義出需要金屬接觸的區(qū)域,在光刻膠的保護(hù)下,利用干法選擇性刻蝕出用于沉積下層金屬的凹槽;電子束蒸發(fā)下層金屬,利用剝離工藝得到下層金屬圖案;轉(zhuǎn)移石墨烯到透明襯底上,旋涂光刻膠,采用從背面曝光的方式,利用已有的下層金屬作為光刻掩模,實(shí)現(xiàn)上層金屬的自對準(zhǔn)圖形;沉積金屬,自對準(zhǔn)地形成金屬與石墨烯雙面接觸結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的方法可以有效保證上下層金屬的對準(zhǔn)結(jié)構(gòu),減小石墨烯和金屬之間的接觸電阻,從而提高石墨烯電子器件的性能。
【專利說明】
金屬石墨烯雙面接觸結(jié)構(gòu)的制備方法及石墨烯晶體管
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于納電子學(xué)技術(shù)領(lǐng)域,涉及石墨烯晶體管器件的制備,更具體地涉及金屬石墨烯雙面接觸結(jié)構(gòu)的制備方法及由此制得的石墨烯晶體管。
【背景技術(shù)】
[0002]以石墨稀為材料的納米電子學(xué),由于石墨稀超尚的載流子遷移率和載流子飽和漂移速度,被認(rèn)為具有極大的應(yīng)用前景,極富潛力可以替代硅材料。在石墨烯晶體管器件的發(fā)展過程中,石墨烯與金屬電極之間的接觸電阻對器件的性能有著非常重要的影響,相比于傳統(tǒng)的硅器件上的接觸電阻率,石墨烯器件的接觸電阻率要再小一個(gè)數(shù)量級,達(dá)到10—9ω.cm2才能體現(xiàn)出石墨稀高迀移率的特性。
[0003]通過改變石墨稀和金屬的接觸結(jié)構(gòu)可以減少接觸電阻,特別是采用金屬和石墨稀雙面接觸的方式不但可以排除下層金屬與石墨烯之間光刻殘膠的影響,還可以形成更多的邊緣接觸結(jié)構(gòu),以減少接觸電阻。但是這樣的雙面接觸結(jié)構(gòu)需要上層金屬和下層金屬具有相同的圖案和位置,而由于光刻套準(zhǔn)精度的限制,很難實(shí)現(xiàn)上層金屬和下層金屬的對準(zhǔn)結(jié)構(gòu)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]有鑒于此,本發(fā)明的主要目的在于提供一種金屬石墨烯雙面接觸結(jié)構(gòu)的制備方法,以及由此制得的石墨烯晶體管,以減少石墨烯電子器件金屬和石墨烯的接觸電阻。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的,作為本發(fā)明的一個(gè)方面,本發(fā)明提供了一種金屬石墨烯雙面接觸結(jié)構(gòu)的制備方法,包括以下步驟:
[0006]提供一透明襯底;
[0007]在所述透明襯底上形成下層金屬圖案;
[0008]在所述透明襯底具有所述下層金屬圖案的一面上,轉(zhuǎn)移形成一與所述下層金屬圖案接觸的石墨稀層;
[0009]在所述石墨烯層上旋涂光刻膠,采用從所述透明襯底相對所述下層金屬圖案的另一面進(jìn)行光照曝光的方式,利用已有的所述下層金屬圖案作為光刻掩模,對所述光刻膠曝光;
[0010]形成上層金屬圖案,從而自對準(zhǔn)地形成所述金屬石墨烯雙面接觸結(jié)構(gòu)。
[0011]作為本發(fā)明的另一個(gè)方面,本發(fā)明還提供了一種根據(jù)如上所述制備方法制備得到的石墨烯晶體管。
[0012]由此可見,本發(fā)明的方法相對于現(xiàn)有技術(shù)的主要優(yōu)勢體現(xiàn)在:
[0013](I)本發(fā)明提供的自對準(zhǔn)方法,利用下層金屬圖案作為已有的參考圖案,采用從背面曝光的方法,實(shí)現(xiàn)石墨烯的上層金屬和下層金屬的對準(zhǔn)過程,實(shí)現(xiàn)了對準(zhǔn)后的金屬和石墨烯的雙面接觸結(jié)構(gòu),大大的減少石墨烯電子器件的接觸電阻;
[0014](2)本發(fā)明提供的自對準(zhǔn)方法,避免了雙面接觸結(jié)構(gòu)制備過程中的上層金屬對準(zhǔn)過程,而且對準(zhǔn)精度也得到提高,具有更小的圖案偏差,降低了工藝的人工成本,具有良好的可行性和重復(fù)性。
【附圖說明】
[0015]圖1至圖7是依照本發(fā)明一實(shí)施例的金屬石墨烯雙面接觸結(jié)構(gòu)的制備方法的工藝流程圖。
[0016]其中,附圖標(biāo)記含義如下:透明襯底8、光刻膠9、下層金屬10、石墨烯11、光刻膠12、UV照射光13、上層金屬14。
【具體實(shí)施方式】
[0017]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白,以下結(jié)合具體實(shí)施例,并參照附圖,對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0018]本發(fā)明公開了一種自對準(zhǔn)工藝,通過先在襯底上刻蝕填充上下層金屬圖形,然后采用背面曝光的方式,利用已有的下層金屬圖案作為光刻掩模,形成石墨烯上下金屬圖案之間的對準(zhǔn)過程,以獲得對準(zhǔn)后的金屬與石墨烯雙面接觸結(jié)構(gòu),有利于減少石墨烯電子器件金屬和石墨烯的接觸電阻。其核心在于提出了一種形成金屬和石墨烯雙面接觸的自對準(zhǔn)工藝方法,為提高石墨烯與金屬的接觸性能提供了一個(gè)解決方案,滿足了減少接觸電阻的需求。
[0019]更具體地,本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0020]首先,在襯底上光刻定義出需要金屬接觸的區(qū)域,在光刻膠的保護(hù)下,利用干法選擇性刻蝕出用于沉積下層金屬的凹槽;
[0021]其次,電子束蒸發(fā)下層金屬,利用剝離工藝得到下層金屬圖案;
[0022]然后,轉(zhuǎn)移石墨烯到透明襯底上,旋涂光刻膠,采用從背面曝光的方式,利用已有的下層金屬作為光刻掩模,實(shí)現(xiàn)上層金屬的自對準(zhǔn)圖形;
[0023]最后,再沉積金屬,自對準(zhǔn)地形成金屬與石墨烯雙面接觸結(jié)構(gòu)。
[0024]上述方案中,襯底可以采用透明的二氧化硅襯底。
[0025]上述方案中,下層金屬可以采用金屬鈀、鈦、鎳、鉑、鉻或金,下層金屬蒸發(fā)厚度與襯底材料被刻蝕深度相同。上層金屬均采用金屬鈀和金、鈦和金、鎳和金、鈾和金或絡(luò)和金。
[0026]上述方案中,下層金屬圖案的制備,需要先對襯底進(jìn)行刻蝕凹槽處理,刻蝕采用的方法是干法選擇性刻蝕,利用光刻膠的保護(hù),對顯影之后的區(qū)域進(jìn)行干法刻蝕,對于二氧化硅襯底,刻蝕氣體可以采用四氟化碳?xì)怏w,刻蝕氣體無載氣或采用氮?dú)狻錃?、氬氣、氦氣作為載氣。
[0027]上述方案中,在得到下層金屬圖案和完成石墨烯的轉(zhuǎn)移之后,旋涂一層光刻膠,該光刻膠采用負(fù)膠,或者反轉(zhuǎn)膠AZ5214。曝光采用從背面直接曝光的方式得到石墨烯上層圖案,然后蒸發(fā)上層金屬,將樣本放入去膠液中,去除圖案以外的金屬和光刻膠。
[0028]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述,所舉實(shí)例只用于解釋本發(fā)明,并非用于限定本發(fā)明的范圍。
[0029]圖1至圖7示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的金屬石墨烯雙面接觸結(jié)構(gòu)的制備方法的工藝流程圖,在本實(shí)施例中,以二氧化硅作為透明襯底,石墨烯作為導(dǎo)電通道,金屬鈀作為下層金屬,金屬鈀/金作為上層金屬,四氟化碳?xì)怏w作為刻蝕襯底的刻蝕氣體,光刻膠AZ5214作為制備圖案的光刻膠,實(shí)現(xiàn)了自對準(zhǔn)后的金屬和石墨烯雙面接觸結(jié)構(gòu)。該方法具體包括以下步驟:
[0030]步驟I,在透明襯底上勻膠:如圖1所示,采用透明的二氧化硅襯底8,旋涂一層AZ5214光刻膠9。
[0031]步驟2,光刻顯影,刻蝕襯底:如圖2所示,經(jīng)過光刻顯影定義需要沉積金屬的區(qū)域,利用干法選擇性刻蝕,采用四氟化碳?xì)怏w作為刻蝕氣體,刻蝕襯底??涛g的凹槽深度在1nm0
[0032]步驟3,蒸發(fā)下層金屬:如圖3所示,采用電子束蒸發(fā),得到下層金屬鈀10,蒸發(fā)厚度1nm0
[0033]步驟4,剝離,轉(zhuǎn)移石墨烯:如圖4所示,利用丙酮去膠的過程,剝離圖案以外的金屬,然后將石墨稀11轉(zhuǎn)移到襯底8上,覆蓋透明襯底8和下層金屬10,完成石墨稀11與下層金屬10的接觸。
[0034]步驟5,涂膠和曝光:如圖5所示,在石墨烯的上層表面旋涂一層AZ5214膠12,然后采用從襯底背面進(jìn)行曝光的方式去自定義上層光刻膠的圖形。因?yàn)橄聦咏饘俦旧聿煌腹?,而石墨烯的厚度很薄且透光性好,所以上層圖案會(huì)與下層金屬實(shí)現(xiàn)自對準(zhǔn)的過程。曝光采用 UV(Ultra-V1let,紫外)照射光 13。
[0035]步驟6,上層金屬的制備:如圖6所示,利用電子束蒸發(fā)上層金屬14,上層金屬14采用鈀/金,厚度為20nm/80nm,作為與石墨稀進(jìn)行上層金屬接觸的接觸電極。
[0036]步驟7,剝離:如圖7所示,將上述制得的半成品放入丙酮中,去除圖案以外的上層金屬14和光刻膠12,完成自對準(zhǔn)的金屬和石墨烯雙面接觸結(jié)構(gòu)的制作。
[0037]通過上述實(shí)施例可以看出,通過所設(shè)計(jì)的自對準(zhǔn)工藝流程制備的金屬石墨烯雙面接觸結(jié)構(gòu),利用下層金屬作為已有的參考模板,選擇從背面曝光的方式,實(shí)現(xiàn)上層金屬圖案的自對準(zhǔn)過程,得到具有更小圖案偏差的石墨烯晶體管器件,從而獲得更小的器件接觸電阻。
[0038]以上所述的具體實(shí)施例,對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明,應(yīng)理解的是,以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已,并不用于限制本發(fā)明,凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi),所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等,均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種金屬石墨烯雙面接觸結(jié)構(gòu)的制備方法,其特征在于,包括以下步驟: 提供一透明襯底; 在所述透明襯底上形成下層金屬圖案; 在所述透明襯底具有所述下層金屬圖案的一面上,轉(zhuǎn)移形成一與所述下層金屬圖案接觸的石墨烯層; 在所述石墨烯層上旋涂光刻膠,采用從所述透明襯底相對所述下層金屬圖案的另一面進(jìn)行光照曝光的方式,利用已有的所述下層金屬圖案作為光刻掩模,對所述光刻膠曝光;形成上層金屬圖案,從而自對準(zhǔn)地形成所述金屬石墨烯雙面接觸結(jié)構(gòu)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法,其特征在于,所述襯底采用透明的二氧化硅來制備。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法,其特征在于,所述下層金屬圖案采用鈀、鈦、鎳、鉑、鉻或金來制備。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法,其特征在于,所述下層金屬蒸發(fā)厚度與襯底材料被刻蝕深度相同。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法,其特征在于,所述上層金屬圖案采用鈀/金、鈦/金、鎳/金、鉑/金或鉻/金來制備。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法,其特征在于,所述在透明襯底上形成下層金屬的步驟中,先對所述透明襯底進(jìn)行刻蝕凹槽處理,刻蝕工藝采用干法選擇性刻蝕法。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法,其特征在于,所述干法選擇性刻蝕法中選用的刻蝕氣體為四氟化碳?xì)怏w。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法,其特征在于,所述刻蝕氣體無載氣或采用氮?dú)?、氫氣、氬氣、氦氣作為載氣。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法,其特征在于,在所述石墨烯層上旋涂的所述光刻膠為負(fù)膠或反轉(zhuǎn)膠。10.—種根據(jù)權(quán)利要求1至9任意一項(xiàng)所述的制備方法制備得到的石墨烯晶體管。
【文檔編號】H01L21/60GK105914158SQ201610306028
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年5月10日
【發(fā)明人】金智, 毛達(dá)誠, 王少青, 彭松昂, 史敬元, 張大勇
【申請人】中國科學(xué)院微電子研究所
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