一种石墨烯/六方氮化硼异质结场效应晶体管及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种石墨烯/六方氮化硼异质结场效应晶体管及其制备方法，通过在硅衬底上制制备栅介质层，栅介质层包括二氧化硅层和六方氮化硼层；在栅介质层上制备石墨烯导电沟槽，最后在石墨烯导电沟槽上制备间隔设置的漏极和源极，即可得到石墨烯/六方氮化硼异质结场效应晶体管，本发明专利技术在石墨烯和二氧化硅之间插入一层六方氮化硼，构建场效应晶体管，当石墨烯位于六方氮化硼上，由于两者之间的相互作用，可以使得单层石墨烯的带隙打开，从而提高器件电流开关比；并且六方氮化硼和石墨烯结构类似，晶格匹配度高，表面较为平整，没有悬挂键和带电杂质，从而保持石墨烯的本征性能，进而提升器件性能。提升器件性能。提升器件性能。

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯/六方氮化硼异质结场效应晶体管及其制备方法


[0001]本专利技术属于半导体
，具体涉及一种石墨烯/六方氮化硼异质结场效应晶体管及其制备方法。

技术介绍

[0002]石墨烯作为碳单原子层材料，在悬浮状态下的电子迁移率高达100000cm2/V
·
s，同时还具有高热导率、高饱和速率、柔性等特点。目前石墨烯场效应晶体管一般在SiO2衬底上制备，SiO2衬底由于表面粗糙度高、电荷及声子散射等原因，导致器件的场效应迁移率不高，并且由于单层石墨烯带隙为零，无法在沟道中建立有效的势垒高度，导致器件的电流开关比亦不高。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种石墨烯/六方氮化硼异质结场效应晶体管及其制备方法，以克服现有技术的不足。
[0004]一种石墨烯/六方氮化硼异质结场效应晶体管制备方法，包括以下步骤：
[0005]S1，在硅衬底上制制备栅介质层，栅介质层包括二氧化硅层和六方氮化硼层；
[0006]S2，在栅介质层上制备石墨烯导电沟槽，最后在石墨烯导电沟槽上制备间隔设置的漏极和源极，即可得到石墨烯/六方氮化硼异质结场效应晶体管。
[0007]优选的，制备前对硅衬底进行清洗处理，去除硅衬底表面的杂质，然后在硅衬底的表面制备栅介质层。
[0008]优选的，在清洗后的硅衬底上制备二氧化硅层，然后对二氧化硅层表面进行清理处理，去除二氧化硅层表面的机物污染，然后将六方氮化硼层设置于二氧化硅层表面，形成栅介质层。
[0009]优选的，采用丙酮、酒精、去离子水依次清洗二氧化硅层表面，以清除二氧化硅层表面的有机物污染。
[0010]优选的，采用机械剥法剥离转移六方氮化硼至二氧化硅层表面。
[0011]优选的，二氧化硅层厚度为300纳米，六方氮化硼层厚度为40纳米。
[0012]优选的，石墨烯导电沟槽采用单层石墨烯制备。
[0013]优选的，漏极和源极的材料采用金属钛、Pd、Cr或Au。
[0014]一种石墨烯/六方氮化硼异质结场效应晶体管，包括由下至上依次设置的硅衬底、栅介质层和石墨烯导电沟槽，石墨烯导电沟槽上设置有间隔设置的的漏极和源极。
[0015]优选的，栅介质层包括二氧化硅层和六方氮化硼层。
[0016]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：
[0017]本专利技术一种石墨烯/六方氮化硼异质结场效应晶体管制备方法，通过在硅衬底上制制备栅介质层，栅介质层包括二氧化硅层和六方氮化硼层；在栅介质层上制备石墨烯导电沟槽，最后在石墨烯导电沟槽上制备间隔设置的漏极和源极，即可得到石墨烯/六方氮化
硼异质结场效应晶体管，本专利技术在石墨烯和二氧化硅之间插入一层六方氮化硼，构建场效应晶体管，当石墨烯位于六方氮化硼上，由于两者之间的相互作用，可以使得单层石墨烯的带隙打开，从而提高器件电流开关比；并且六方氮化硼和石墨烯结构类似，晶格匹配度高，表面较为平整，没有悬挂键和带电杂质，从而保持石墨烯的本征性能，进而提升器件性能。
附图说明
[0018]图1为本专利技术实施例中场效应晶体管制备流程示意图。
[0019]图2为本专利技术实施例中在硅衬底的表面制备栅介质层结构示意图。
[0020]图3为本专利技术实施例中六方氮化硼层制备结构示意图。
[0021]图4为本专利技术实施例中石墨烯导电沟槽制备结构示意图。
[0022]图5为本专利技术实施例中漏极和源极制备结构示意图。
[0023]图6为本专利技术实施例中器件加负栅压的输出特性曲线结构示意图。
[0024]图7为本专利技术实施例中器件加正栅压时的输出特性曲线结构示意图。
[0025]图8为本专利技术实施例中器件的转移特性曲线结构示意图。
[0026]图中，
①
为硅衬底；
②
为二氧化硅层；
③
为六方氮化硼层；
④
为石墨烯导电沟槽；
⑤
漏极；
⑥
为源极。
具体实施方式
[0027]为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术保护的范围。
[0028]需要说明的是，本专利技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本专利技术的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0029]如图1所示，本专利技术提供一种石墨烯/六方氮化硼异质结场效应晶体管制备方法，(石墨烯—Graphene，六方氮化硼—h
‑
BN)，具体包括以下步骤：
[0030]S1，在硅衬底
①
上制制备栅介质层，栅介质层包括二氧化硅层
②
和六方氮化硼层
③
；
[0031]S2，在栅介质层上制备石墨烯导电沟槽
④
，最后在石墨烯导电沟槽上制备间隔设置的漏极
⑤
和源极
⑥
，即可得到石墨烯/六方氮化硼异质结场效应晶体管。
[0032]根据上述方法制备得到的石墨烯/六方氮化硼异质结场效应晶体管，包括由下至上依次设置的硅衬底、栅介质层和石墨烯导电沟槽，石墨烯导电沟槽上设置有间隔设置的的漏极和源极。
[0033]具体的，如图2所示，制备前对硅衬底进行清洗处理，去除硅衬底表面的杂质；然后在硅衬底的表面制备栅介质层。
[0034]具体的，首先在清洗后的硅衬底上制备二氧化硅层，然后对二氧化硅层表面进行清理处理，去除二氧化硅层表面的机物污染，然后将六方氮化硼层设置于二氧化硅层表面，形成栅介质层。
[0035]具体的，采用丙酮、酒精、去离子水依次清洗二氧化硅层表面，以清除二氧化硅层表面的有机物污染，然后采用机械剥法剥离转移六方氮化硼至二氧化硅层表面。
[0036]在本申请的一种实施例中，二氧化硅层厚度为300纳米，六方氮化硼层厚度为40纳米。
[0037]如图3所示，本申请采用六方氮化硼层和二氧化硅层作为背栅介质层，有众多优势；六方氮化硼和石墨烯晶格结构相似，六方氮化硼作为二维层状材料，表面均匀，能够维持石墨烯原来的分子结构与特性，同时减小了由于表面起伏所带来的几何形变和少数载流子散射影响；六方氮化硼化学性质比较稳定，表面没有悬挂键，因此能本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯/六方氮化硼异质结场效应晶体管制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，在硅衬底上制制备栅介质层，栅介质层包括二氧化硅层和六方氮化硼层；S2，在栅介质层上制备石墨烯导电沟槽，最后在石墨烯导电沟槽上制备间隔设置的漏极和源极，即可得到石墨烯/六方氮化硼异质结场效应晶体管。2.根据权利要求1所述的一种石墨烯/六方氮化硼异质结场效应晶体管制备方法，其特征在于，制备前对硅衬底进行清洗处理，去除硅衬底表面的杂质，然后在硅衬底的表面制备栅介质层。3.根据权利要求1所述的一种石墨烯/六方氮化硼异质结场效应晶体管制备方法，其特征在于，在清洗后的硅衬底上制备二氧化硅层，然后对二氧化硅层表面进行清理处理，去除二氧化硅层表面的机物污染，然后将六方氮化硼层设置于二氧化硅层表面，形成栅介质层。4.根据权利要求3所述的一种石墨烯/六方氮化硼异质结场效应晶体管制备方法，其特征在于，采用丙酮、酒精、去离子水依次清洗二氧化硅层表面，以清除二氧化硅层表面的有机物污...

【专利技术属性】
技术研发人员：张景文，张恒清，李金磊，马烁尘，刘鑫，王燕，卜忍安，侯洵，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：