柔性石墨烯场效应晶体管及制备方法技术

本发明专利技术涉及晶体管加工技术领域，具体涉及石墨烯场效应晶体管集成器件及制备方法，包括以下步骤：提供基片的步骤，基片固定在衬底上；利用热蒸镀的方式在基片上形成栅极；利用ALD原子层沉积镀膜的方法在栅极上依次形成一层Ti成核层和HfO2栅极介电层；在HfO2栅极介电层上利用印章法转移石墨烯，得到石墨烯层；利用掩膜版光刻的方式在石墨烯层上制备得到源极和漏极；利用ALD原子层沉积镀膜的方法在石墨烯层上形成包覆层，源极和漏极露出包覆层；将基片与衬底剥离，得到石墨烯场效应晶体管；利用掩膜版光刻的方式通过金属层分别将至少两个石墨烯场效应晶体管进行串联和/或并联。本发明专利技术克服了现有石墨烯场效应晶体管器件性能不均匀性的问题。不均匀性的问题。不均匀性的问题。

【技术实现步骤摘要】
柔性石墨烯场效应晶体管及制备方法


[0001]本专利技术涉及晶体管制造
，具体涉及一种柔性石墨烯场效应晶体管及制备方法。

技术介绍

[0002]石墨烯作为最早发现的二维半导体纳米材料，由于其特殊的电子特性，吸引了大量的研究。随着石墨烯纳米片高质量合成的进展，柔性材料为基底的石墨烯场效应晶体管电子器件得到了广泛的研究。
[0003]在此，追求高性能跨导放大的柔性石墨烯场效应晶体管器件已成为超硅纳米电子学领域的研究热点。虽然石墨烯的带隙缺失限制了其开关电流比性能和在数字集成电路系统中的应用，但石墨烯场效应晶体管器件在模拟信号处理方面仍具有巨大的潜力。石墨烯场效应晶体管器件中的电流饱和现象在某种程度上类似于传统硅MOSFET中的电流饱和现象，按照硅基模拟IC的路线图实现多柔性石墨烯场效应晶体管器件集成将是一条合乎逻辑的路径。然而，到目前为止，相关的研究仍然很少，并且大多局限于将单个柔性石墨烯场效应晶体管器件与几个辅助组件集成在一起，例如电阻器、电感器或天线等。
[0004]在实际的研究过程中，经过大量的数据研究发现，石墨烯场效应晶体管器件的性能不均匀性是导致了上述的问题出现。由于石墨烯的原子形态暴露了所有的碳原子，环境中的空气、水分以及其他杂质会污染石墨烯中的碳原子，这些污染物容易导致石墨烯表面甚至整个石墨烯层都会出现无法预测的特性退化，进而导致了石墨烯层出现不均匀，十分影响石墨烯层的导电效果。因此，即使对于批量制造的柔性石墨烯场效应晶体管器件，集成后石墨烯场效应晶体管器件之间的不均匀性也导致多柔性石墨烯场效应晶体管器件集成的结果与原始设计不一致。

技术实现思路

[0005]为了克服现有技术的不足之一，本专利技术的目的在于提供一种柔性石墨烯场效应晶体管及制备方法，本柔性石墨烯场效应晶体管及制备方法克服了石墨烯场效应晶体管器件性能均匀性的问题，便于批量制备具有高均匀性和长期稳定性的石墨烯场效应晶体管。
[0006]为解决上述问题，本专利技术所采用的技术方案如下：
[0007]石墨烯场效应晶体管集成器件的制备方法，包括
[0008]提供基片的步骤，提供具有柔性的基片，所述基片固定在衬底上；
[0009]栅极制备步骤，利用热蒸镀的方式在所述基片上形成栅极；
[0010]栅极介电层制备步骤，利用ALD原子层沉积镀膜的方法在所述栅极上依次形成一层Ti成核层和HfO2栅极介电层；
[0011]石墨烯层制备步骤，在所述HfO2栅极介电层上利用印章法转移石墨烯，得到石墨烯层；
[0012]源极和漏极制备步骤，利用掩膜版光刻的方式在石墨烯层上制备得到源极和漏
极；
[0013]包覆层制备步骤，利用ALD原子层沉积镀膜的方法在所述石墨烯层上形成包覆层，所述源极和漏极露出所述包覆层；
[0014]石墨烯集成器件制备步骤，将所述包覆层制备步骤所得的基片与所述衬底剥离，得到石墨烯场效应晶体管；利用掩膜版光刻的方式通过金属层分别将至少两个所述石墨烯场效应晶体管进行串联和/或并联，连接方式为同一所述石墨烯场效应晶体管上的所述栅极与所述源极连接，一个所述石墨烯场效应晶体管上的所述栅极与另一个所述石墨烯场效应晶体管上的所述漏极连接。
[0015]在一些实施例中，所述石墨烯层制备步骤包括以下步骤：
[0016]通过CVD法生长在铜箔上生长石墨烯，在石墨烯层上旋涂PMMA溶液，得到顺序为PMMA层/石墨烯层/铜箔的组合体一；
[0017]在组合体一位于PMMA层的一侧上通过PDMS胶粘附并压实在载玻片上，并去除铜箔，得到顺序为载玻片/PDMS层/PMMA层/石墨烯层的组合体二；
[0018]将组合体二位于石墨烯一侧辊压在所述HfO2栅极介电层上，组合体二覆盖所述漏极、所述栅极和所述源极；辊压时的温度为160
‑
180℃，辊压时间为0.5
‑
4min；去除组合体二上的载玻片和PDMS层；
[0019]利用丙酮去掉PMMA层，然后利用异丙醇清洗，再用去离子水冲洗洗净；
[0020]在石墨烯层上涂胶光刻，得到石墨烯图形化沟道，显影，再利用等离子plasma打掉多余的石墨烯，得到石墨烯器件。
[0021]在一些实施例中，所述组合体二制备步骤更具体地包括以下步骤：
[0022]在组合体一位于PMMA层的一侧上涂覆PDMS胶；
[0023]将载玻片粘附在PDMS胶上，并压实；
[0024]将上述得到的组合体放入APS100刻蚀液中刻蚀去除铜箔，用去离子水洗干净后吹干，得到顺序为载玻片/PDMS层/PMMA层/石墨烯层的组合体二。
[0025]在一些实施例中，所述栅极制备步骤包括以下步骤：
[0026]在所述基片上旋涂LOR5A胶，再旋涂AZ5214胶，然后光刻曝光，显影，得到想要的第一图案；
[0027]利用热蒸镀的方式在所述基片上形成一层Au/Cr金属层，除去光刻胶，形成所述栅极。
[0028]在一些实施例中，所述栅极介电层制备步骤包括以下步骤：
[0029]利用ALD原子层沉积镀膜的方法在所述栅极制备步骤所得到产物上形成一层Ti成核层；
[0030]在所述Ti成核层上利用ALD原子层沉积镀膜的方法形成一层Hf层，然后对Hf层进行氧化，得到HfO2栅极介电层。
[0031]在一些实施例中，所述源极和漏极制备步骤包括以下步骤：
[0032]在所述石墨烯层上涂布光刻胶，然后光刻曝光，显影，得到想要的第二图案；
[0033]利用热蒸镀方法进行蒸镀，在所述石墨烯层上形成一层Au/Cr金属层；
[0034]利用NMP溶液除去带有光刻胶的部分，去除时的温度为80
‑
90℃，去除时间为8
‑
12min，得到所述源极和漏极。
[0035]在一些实施例中，所述包覆层制备步骤：
[0036]在所述石墨烯层上涂布光刻胶，并对所述石墨烯层上光刻胶层进行曝光、显影处理，刻蚀处理所述光刻胶层，得到第三图案；
[0037]利用ALD原子层沉积镀膜的方法在所述石墨烯层上形成一层HfO2层，利用NMP溶液去除所述石墨烯层上的光刻胶，得到包覆在所述石墨烯层上的包覆层。
[0038]在一些实施例中，所述石墨烯集成器件步骤包括以下步骤：
[0039]将所述包覆层制备步骤所得的基片与所述衬底剥离，得到石墨烯场效应晶体管；
[0040]将至少两个所述石墨烯场效应晶体管分别独立摆放在衬底结构上，在所述衬底结构上涂布光刻胶，对所述衬底结构上的所述光刻胶层进行曝光、显影处理，刻蚀处理所述光刻胶层，得到第四图案；
[0041]采用热蒸镀的方式在所述光刻胶层上形成Au层，所述Au层分别将至少两个所述石墨烯场效应晶体管进行串联和/或并联，连接方式为同一所述石墨烯场效应晶体管上的所述栅极与所述源极连接，一个所述石墨烯场效应晶体管上的所述栅极与另一个所述石墨烯场效应晶体管上本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.石墨烯场效应晶体管集成器件的制备方法，其特征在于，包括提供基片的步骤，提供具有柔性的基片，所述基片固定在衬底上；栅极制备步骤，利用热蒸镀的方式在所述基片上形成栅极；栅极介电层制备步骤，利用ALD原子层沉积镀膜的方法在所述栅极上依次形成一层Ti成核层和HfO2栅极介电层；石墨烯层制备步骤，在所述HfO2栅极介电层上利用印章法转移石墨烯，得到石墨烯层；源极和漏极制备步骤，利用掩膜版光刻的方式在石墨烯层上制备得到源极和漏极；包覆层制备步骤，利用ALD原子层沉积镀膜的方法在所述石墨烯层上形成包覆层，所述源极和漏极露出所述包覆层；石墨烯集成器件制备步骤，将所述包覆层制备步骤所得的基片与所述衬底剥离，得到石墨烯场效应晶体管；利用掩膜版光刻的方式通过金属层分别将至少两个所述石墨烯场效应晶体管进行串联和/或并联，连接方式为同一所述石墨烯场效应晶体管上的所述栅极与所述源极连接，一个所述石墨烯场效应晶体管上的所述栅极与另一个所述石墨烯场效应晶体管上的所述漏极连接。2.根据权利要求1所述的石墨烯场效应晶体管集成器件的制备方法，其特征在于，所述石墨烯层制备步骤包括以下步骤：通过CVD法生长在铜箔上生长石墨烯，在石墨烯层上旋涂PMMA溶液，得到顺序为PMMA层/石墨烯层/铜箔的组合体一；在组合体一位于PMMA层的一侧上通过PDMS胶粘附并压实在载玻片上，并去除铜箔，得到顺序为载玻片/PDMS层/PMMA层/石墨烯层的组合体二；将组合体二位于石墨烯一侧辊压在所述HfO2栅极介电层上，组合体二覆盖所述漏极、所述栅极和所述源极；辊压时的温度为160
‑
180℃，辊压时间为0.5
‑
4min；去除组合体二上的载玻片和PDMS层；利用丙酮去掉PMMA层，然后利用异丙醇清洗，再用去离子水冲洗洗净；在石墨烯层上涂胶光刻，得到石墨烯图形化沟道，显影，再利用等离子plasma打掉多余的石墨烯，得到石墨烯器件。3.根据权利要求2所述的石墨烯场效应晶体管集成器件的制备方法，其特征在于，所述组合体二制备步骤更具体地包括以下步骤：在组合体一位于PMMA层的一侧上涂覆PDMS胶；将载玻片粘附在PDMS胶上，并压实；将上述得到的组合体放入APS100刻蚀液中刻蚀去除铜箔，用去离子水洗干净后吹干，得到顺序为载玻片/PDMS层/PMMA层/石墨烯层的组合体二。4.根据权利要求1所述的石墨烯场效应晶体管集成器件的制备方法，其特征在于，所述栅极制备步骤包括以下步骤：在所述基片上旋涂LOR5A胶，再旋涂AZ5214胶，然后光刻曝光，显影，得到想要的第一图案；利...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾原，胡波，张文伟，孙浩，王程，田金鹏，宋秋明，
申请(专利权)人：深圳技术大学，
类型：发明
国别省市：