石墨烯晶体管电路装置及其制备方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及石墨烯晶体管电路装置及其制备方法，所述石墨烯晶体管电路装置通过以下方法制备：在金属基材上提供氮化硼/石墨烯/氮化硼异质结并将其转移到所需的基底上；经由掩模并通过干法刻蚀形成所需的晶体管结构；经由电子束胶层在异质结上形成包括源电极、漏电极和栅电极的电极层。本发明专利技术利用氮化硼/石墨烯/氮化硼异质结不仅打开了石墨烯的能隙，而且电极层直接在氮化硼上蒸镀形成，由此可以保护石墨烯，避免由于石墨烯暴露于大气环境而吸附气体分子所致的电学性能降低，因此本发明专利技术能够利用石墨烯的电学性能来制备性能优异的晶体管电路装置。

【技术实现步骤摘要】
石墨烯晶体管电路装置及其制备方法
本专利技术涉及半导体设计和制造领域，尤其涉及一种石墨烯晶体管电路装置及其制备方法。
技术介绍
石墨烯自被发现以来，由于其超高的电学性质受到了各方的广泛关注，但是由于其零带隙的特点，限制了它在半导体领域的应用。所以很多科研工作者开始致力于打开石墨烯的带隙从而让石墨烯成为半导体。目前石墨烯的能带已经有几种方法打开，比如形成异质结基底诱导打开能隙，化学掺杂，杂化以及做成双层石墨烯。但是目前的很多方法都会破坏石墨烯自身的晶格结构，所以其电学性能会受到很大的影响。例如，申请人为台积电的专利申请号2012100557622提供了FinFET器件及其制造方法。目前传统半导体工艺整体流程大致概括为如下几步：衬底制造，衬底前处理，光刻，离子注入，刻蚀，热处理，外延层生长，电极蒸镀，电极打磨，以及根据需要重复以上步骤。此外，大规模集成电路仍然是基于硅基半导体的，而硅基半导体的流片工艺非常复杂，从原材料的加工到光刻离子注入等步骤，都需要非常精确的控制。目前对于新型材料的集成电路开发较少，相对来说还没有成型的工艺。因此，本领域需要能够利用石墨烯的电学性能同时制备过程简单、成本低且设计简单的石墨烯晶体管电路装置。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是通过形成特定结构的石墨烯异质结以利用石墨烯的超强电学性能，从而提供新型晶体管电路装置。鉴于此，在一个方面，本专利技术提供了一种制备石墨烯晶体管电路装置的方法，所述方法包括以下步骤：1)在金属基材上提供氮化硼/石墨烯/氮化硼异质结，并将所述异质结从所述金属基材转移到所需的基底上；2)在所述异质结上形成掩模并进行电子束曝光，然后通过干法刻蚀形成所需的晶体管结构；3)在去除所述掩模之后，在所述异质结上形成电子束胶层并进行电子束曝光以在所述异质结上形成晶体管的源电极、漏电极和栅电极区域，然后进行金属蒸镀以形成包括源电极、漏电极和栅电极的电极层，由此形成所述石墨烯晶体管电路装置。在优选实施方案中，所述步骤1)包括：通过化学气相沉积法在金属基材上提供氮化硼/石墨烯/氮化硼异质结，并将所述异质结从所述金属基材通过湿法转移到所述基底上。优选地，在转移之前，在所述异质结上涂覆保护层如PMMA胶层，以避免在转移过程异质结发生额外的损坏。在优选实施方案中，所述方法还包括以下步骤：4)在所述电极层上形成具有一个或多个通孔的氧化物绝缘层，并在所述氧化物绝缘层上形成包括电连接端的电引出层，其中所述电连接端经由所述通孔分别连接至所述源电极、漏电极和栅电极。在优选实施方案中，重复所述步骤4)一次或多次以形成一个或多个另外的氧化物绝缘层和电引出层。在优选实施方案中，所述掩模为聚甲基丙烯酸甲酯和具有化学式(HSiO3/2)2n的氢化硅酸盐的复合层，其中n为10000～1000000；所述基底选自硅片硅片、玻璃片、蓝宝石片或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)片；所述电子束胶是聚甲基丙烯酸甲酯。在优选实施方案中，所述氧化物是三氧化二铝、二氧化铪、氧化锆或二氧化铪-氧化铝合金。在另一个方面，本专利技术提供一种石墨烯晶体管电路装置，所述石墨烯晶体管电路装置包括：基底；设置在所述基底上的氮化硼/石墨烯/氮化硼异质结，其中通过在所述异质结上形成掩模并进行电子束曝光，然后通过干法刻蚀形成所需的晶体管结构；设置在具有所述晶体管结构的异质结上的包括源电极、漏电极和栅电极的电极层。在优选实施方案中，所述石墨烯晶体管电路装置还包括设置在所述电极层上的氧化物绝缘层和设置在所述氧化物绝缘层上的包括电连接端的电引出层，其中所述氧化物绝缘层具有一个或多个通孔，并且所述电连接端经由所述通孔分别连接至所述源电极、漏电极和栅电极。在优选实施方案中，所述氧化物绝缘层和电引出层的数量为2个以上，并且所述氧化物绝缘层和电引出层的厚度分别为20～100nm。在优选实施方案中，所述石墨烯晶体管电路装置为正梯形形状。本专利技术利用三明治结构的氮化硼/石墨烯/氮化硼异质结不仅打开了石墨烯的能隙，而且氮化硼对石墨烯的包裹为石墨烯提供晶格匹配且没有悬挂键的原子级平滑的衬底并且还可以作为绝缘层，同时电极层直接在氮化硼上蒸镀形成，由此可以保护石墨烯，避免由于石墨烯暴露于大气环境而吸附气体分子所致的电学性能降低，因此本专利技术能够利用石墨烯的电学性能来制备性能优异的石墨烯晶体管电路装置。另外，由于石墨烯的双极性，通过调控加在石墨烯上的电场可以控制石墨烯的极性，因而可以不用离子注入，而直接形成P型或者N型晶体管，由此可以省去传统半导体工艺中的离子注入，以及退火过程。此外，由于石墨烯异质结中，石墨烯一直被氮化硼夹在中间保护着，所以不会在制造过程中受到破坏和污染。附图说明图1为根据本专利技术的氮化硼/石墨烯/氮化硼异质结的结构示意图。图2为根据本专利技术在氮化硼/石墨烯/氮化硼异质结上形成掩膜(由聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和具有化学式(HSiO3/2)2n的氢化硅酸盐(HSQ)的复合层构成)的示意图。图3为根据本专利技术的氮化硼/石墨烯/氮化硼异质结通过干法刻蚀后形成的倒梯形掩模和正梯形异质结形状的示意图。图4示出了根据本专利技术方法的一个简单工艺流程图。图5为根据本专利技术的石墨烯晶体管电路装置的立体示意图。具体实施方式经过本专利技术的专利技术人的深入研究发现，通过形成氮化硼/石墨烯/氮化硼异质结不仅能够诱导打开石墨烯的能隙而且能够将对石墨烯的电学性能的损害降到最低，同时在具有三明治型结构的氮化硼/石墨烯/氮化硼异质结的半导体中可以简化制造过程，从而大大降低生产成本和设计难度。基于此，本专利技术提供了一种多层石墨烯异质结制作大规模石墨烯晶体管电路的设计。更具体地，本专利技术提供的石墨烯晶体管电路装置包括：基底；设置在所述基底上的氮化硼/石墨烯/氮化硼异质结，其中通过在所述异质结上形成掩模并进行电子束曝光，然后通过干法刻蚀形成所需的晶体管结构；设置在具有所述晶体管结构的异质结上的包括源电极、漏电极和栅电极的电极层。优选地，所述石墨烯晶体管电路装置还包括设置在所述电极层上的氧化物绝缘层和设置在所述氧化物绝缘层上的包括电连接端的电引出层，其中所述氧化物绝缘层具有一个或多个通孔，并且所述电连接端经由所述通孔分别连接至所述源电极、漏电极和栅电极。本专利技术的石墨烯晶体管电路装置可以通过包括以下步骤的方法制备：1)在金属基材上提供氮化硼/石墨烯/氮化硼异质结，并将所述异质结从所述金属基材转移到所需的基底上；2)在所述异质结上形成掩模并进行电子束曝光，然后通过干法刻蚀形成所需的晶体管结构；3)在去除所述掩模之后，在所述异质结上形成电子束胶层并进行电子束曝光以在所述异质结上形成晶体管的源电极、漏电极和栅电极区域，然后进行金属蒸镀以形成包括源电极、漏电极和栅电极的电极层，由此形成所述石墨烯晶体管电路装置。4)任选地，在所述电极层上形成具有一个或多个通孔的氧化物绝缘层，并在所述绝缘层上形成包括电连接端的电引出层，其中所述电连接端经由所述通孔分别连接至所述源电极、漏电极和栅电极。更优选地，重复该步骤4)一次或多次以形成一个或多个另外的绝缘层和电引出层，以满足更复杂的电路连接的要求。例如，根据本专利技术的具有三明治型结构的氮化硼/石墨烯/氮化硼异质结的结构示意图如图1所示，其中石墨烯层夹在两个氮化硼(例如六方氮化硼)层之间。更具本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备石墨烯晶体管电路装置的方法，所述方法包括以下步骤：1)在金属基材上提供氮化硼/石墨烯/氮化硼异质结，并将所述异质结从所述金属基材转移到所需的基底上；2)在所述异质结上形成掩模并进行电子束曝光，然后通过干法刻蚀形成所需的晶体管结构；3)在去除所述掩模之后，在所述异质结上形成电子束胶层并进行电子束曝光以在所述异质结上形成晶体管的源电极、漏电极和栅电极区域，然后进行金属蒸镀以形成包括源电极、漏电极和栅电极的电极层，由此形成所述石墨烯晶体管电路装置。

【技术特征摘要】
1.一种制备石墨烯晶体管电路装置的方法，所述方法包括以下步骤：1)在金属基材上提供氮化硼/石墨烯/氮化硼异质结，并将所述异质结从所述金属基材转移到所需的基底上；2)在所述异质结上形成掩模并进行电子束曝光，然后通过干法刻蚀形成所需的晶体管结构；3)在去除所述掩模之后，在所述异质结上形成电子束胶层并进行电子束曝光以在所述异质结上形成晶体管的源电极、漏电极和栅电极区域，然后进行金属蒸镀以形成包括源电极、漏电极和栅电极的电极层，由此形成所述石墨烯晶体管电路装置。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1)包括：通过化学气相沉积法在金属基材上提供氮化硼/石墨烯/氮化硼异质结，并将所述异质结从所述金属基材通过湿法转移到所述目标基底上。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：4)在所述电极层上形成具有一个或多个通孔的氧化物绝缘层，并在所述氧化物绝缘层上形成包括电连接端的电引出层，其中所述电连接端经由所述通孔分别连接至所述源电极、漏电极和栅电极。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，重复所述步骤4)一次或多次以形成一个或多个另外的氧化物绝缘层和电引出层。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述掩模为聚甲基丙烯酸甲酯和具有化学式(HSi...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭国平，杨晖，李海欧，曹刚，郭光灿，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34