一种双极性石墨烯纳米带场效应晶体管的制备方法，包括以下步骤：(1)对衬底处理；(2)Gars沟道层制备，使用浸涂法沉积，以减少溶液中导电杂质的影响；(3)器件退火，以填补含氧基团缺陷，去除导电杂质的影响；(4)使用金属掩膜制备源漏电极，改善电极与沟道层接触造成的肖特基势垒的问题，并且使用电子束蒸发进行源漏极电极沉积；(5)化学掺杂乙醇胺，确保了器件测试的可重复性。本发明专利技术操作简单，提高了器件的均一性和稳定性。避免了光刻掩膜工艺残留下的光刻胶导致的器件良品率不高的问题，可重复性高，器件性能稳定且易于规模生产。器件性能稳定且易于规模生产。器件性能稳定且易于规模生产。
【技术实现步骤摘要】
一种双极性石墨烯纳米带场效应晶体管的制备方法
[0001]本专利技术涉及一种用于石墨烯纳米带场效应晶体管的制备方法，属于碳基材料纳米器件制备
技术介绍
[0002]集成电路芯片是现代信息技术发展的基石，而构成集成电路芯片的器件约90％是硅基CMOS器件。随着摩尔定律发展到14nm的技术节点，由于尺寸限制，硅基CMOS器件出现短沟道效应漏电以及散热性问题而达到性能极限。科学家不断研究出FinFET等器件试图尽量减小短沟道效应造成的低性能问题，然而随芯片“体积更小，性能更强”的大趋势发展需要，硅基材料的物理极限必然存在，因此我们不得不用其他材料代替硅基。几种可能的替代材料诸如碳化硅、氮化镓、氧化镓和碳基材料等近几年在电子领域发挥出越来越重要的作用，其中碳基纳米材料特别是石墨烯因其优异的光电性能被认为是最有可能替代硅的材料。
[0003]石墨烯纳米带(GNRs)是一种非常有趣的纳米材料，因为它不仅保留了石墨烯的一些特殊性能，如高载流子迁移率、良好的导热性能、小尺寸等特点，而且当它们的宽度小于10nm时，还会呈现出有限且可调控的带隙。具备大带隙的石墨烯纳米带可以应用在场效应晶体管上。
[0004]为了制造高性能的电子和光电器件，需要在整个碳带上具有光滑边缘的窄而长的GNRs。通过精确调控其细微结构，对其进行精确的能带调控，改变电学特性，可以为其在电子学器件中的应用提供一些可行的方向。
[0005]但是，目前基于GNR的场效应晶体管(FETs)都是本征的p型器件，要想应用于CMOS电路，必须还要有n型器件。集成电路的发展要求性能匹配的p型和n型晶体管，n型碳基晶体管性能的落后严重制约了碳基材料电子学的发展，因此发展稳定的高性能n型碳基器件成为近年来碳基CMOS电路研究领域最重要的课题之一。
[0006]基于以上，石墨烯纳米带场效应晶体管电学性能的调控与优化研究具有重要的现实意义。
技术实现思路
[0007]针对现有石墨烯纳米带场效应晶体管中存在的上述问题，本专利技术提供一种双极性石墨烯纳米带(GNR FETs)场效应晶体管的制备方法，以实现GNR FETs阈值电压的调控，并且确保GNR FETs原本的高开关比与大载流子迁移率性能不会降低，保证器件良好的性能。
[0008]为实现上述目的，本专利技术的双极性石墨烯纳米带场效应晶体管的制备方法包括如下步骤：
[0009](1)衬底处理：
[0010]①
将衬底切割为1cm
×
1cm大小，置于Decon溶液中超声清洗，取出用去离子水冲洗；
[0011]②
将衬底置于去离子水中超声清洗，洗去表面残余的Decon溶液，用氮气枪吹干；
[0012]③
将吹干的衬底置于异丙醇中超声清洗，清洗衬底表面的有机物；
[0013]④
将衬底直接放入乙醇中超声清洗，去除残余的异丙醇，用氮气枪吹干；
[0014](2)GNRs(石墨烯纳米带)沟道层制备：
[0015]①
每200ml质量分数为1％的十二烷基苯磺酸钠溶液中加入20mg的GNR，再用去离子水稀释为浓度0.05μg/ml～0.10μg/ml的GNR溶液；
[0016]②
将衬底竖直插入GNR溶液中，置于室温及相对湿度50％的超净室中，自然蒸发18小时；
[0017]③
将衬底用去离子水冲洗，氮气枪吹干；
[0018](3)器件退火：
[0019]①
将衬底置于载玻片上，推至退火炉中退火；
[0020]②
设置气体氛围，升温与降温程序；
[0021](4)源漏电极制备：
[0022]①
在显微镜下找好蒸镀源漏电极的位置并拍照记录；
[0023]②
将设计好的Shadow mask置于退火后的衬底上，在显微镜下对准源漏电极记录好的位置；
[0024]③
用电子束蒸发蒸镀Ti/Au电极，Ti电极蒸镀5nm，Au电极蒸镀50nm；
[0025](5)化学掺杂乙醇胺，将不同浓度的EA溶液滴涂在GNR FET器件上。
[0026]所述步骤(1)中的衬底是300nm SiO2/p
++
‑
Si衬底。
[0027]所述步骤(1)
①
、
③
和
④
中超声清洗的时间为5分钟。
[0028]所述步骤(1)
②
中超声清洗的过程是，将衬底置于去离子水中超声清洗5分钟，取出后再次置于去离子水中超声清洗5分钟。
[0029]所述步骤(3)
②
中器件退火的气体氛围是5％的Ar/H2，温度为300℃。
[0030]所述步骤(3)
②
器件退火的具体过程是：以10℃/min的速率将温度升高到300℃，升温时间30分钟，退火时间设置3小时，温度小于200℃时将退火炉炉盖打开以减小降温时间。冷却至室温后再开腔取出。
[0031]所述步骤(4)
②
中Shadow mask的尺寸为沟道宽60
‑
80μm，长2cm。
[0032]所述步骤(5)乙醇胺的浓度为0M～8M。
[0033]与现有技术相比，本专利技术具有如下特点：
[0034]1.本专利技术使用的石墨烯纳米带具备大带隙，较好的载流子迁移率，能够满足场效应晶体管的应用要求，其大带隙和少缺陷密度的特征使其具备在高质量光电子器件中的优势。
[0035]2.本专利技术石墨烯纳米带场效应晶体管的电极沉积选用金属掩膜工艺，这种工艺避免了光刻掩膜工艺残留下的光刻胶导致的器件良品率不高的问题，并且该方法操作简单，提高了器件的均一性和稳定性。
[0036]3.本专利技术选用乙醇胺化学掺杂方法，相比较传统的低功函金属注入和ALD沉积高k介质的方法，化学掺杂具备制备工艺简单，可重复性高，器件性能稳定且易于规模生产等优点。
附图说明
[0037]图1是本专利技术实施例1制备的GNR FET的光学照片。
[0038]图2是本专利技术实施例1制备的GNR FET的高倍SEM表征图。
[0039]图3是本专利技术实施例1制备的GNR FET的转移特性曲线图。
[0040]图4是本专利技术实施例2制备的GNR FET掺杂乙醇胺后的转移特性曲线图。
[0041]图5是本专利技术实施例3制备的GNR FET掺杂不同浓度乙醇胺后的转移特性曲线以及参数对比图。
具体实施方式
[0042]本专利技术的双极性石墨烯纳米带场效应晶体管的制备方法，首先制备浓度极低的GNR溶液，以减少溶液中导电杂质的影响。其次，针对GNR尺寸非常小，难以用电子束曝光等光刻方法制备源漏电极触点的问题，提出了一种使用金属掩膜制备源漏电极的方法，从而改善了电极与沟道层接触造成的肖特基势垒的问题。最后，使用滴涂化学试剂乙醇胺的方法，操作可逆，实施简单，确保了器件本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种双极性石墨烯纳米带场效应晶体管的制备方法，其特征是，包括如下步骤：(1)衬底处理：
①
将衬底切割为1cm
×
1cm大小，置于Decon溶液中超声清洗，取出用去离子水冲洗；
②
将衬底置于去离子水中超声清洗，洗去表面残余的Decon溶液，用氮气枪吹干；
③
将吹干的衬底置于异丙醇中超声清洗，清洗衬底表面的有机物；
④
将衬底直接放入乙醇中超声清洗，去除残余的异丙醇，用氮气枪吹干；(2)Gars沟道层制备：
①
每200ml质量分数为1％的十二烷基苯磺酸钠溶液中加入20mg的GNR，再用去离子水稀释为浓度0.05μg/ml～0.10μg/ml的GNR溶液；
②
将衬底竖直插入GNR溶液中，置于室温及相对湿度50％的超净室中，自然蒸发18小时；
③
将衬底用去离子水冲洗，氮气枪吹干；(3)器件退火：
①
将衬底置于载玻片上，推至退火炉中退火；
②
设置气体氛围，升温与降温程序；(4)源漏电极制备：
①
在显微镜下找好蒸镀源漏电极的位置并拍照记录；
②
将设计好的Shadow mask置于退火后的衬底上，在显微镜下对准源漏电极记录好的位置；
③
用电子束蒸发蒸镀Ti/Au电极，Ti电极蒸镀5nm，Au电极蒸镀50nm；(5)化学掺杂乙醇胺。2.根据权利要求1所述的双...
【专利技术属性】
技术研发人员：翟荣丽，宋爱民，李虎，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：
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