场效应晶体管及其制造方法和半导体氧化石墨烯制造方法技术

本发明专利技术公开了场效应晶体管及其制造方法和半导体氧化石墨烯制造方法。半导体器件包括导电基板、在该导电基板上形成的绝缘膜、包括氨基的基层和在该基层上形成的还原氧化石墨烯层。

【技术实现步骤摘要】

本公开涉及，更具体地，涉及包括用于沟道层的半导体氧化石墨烯的场效应晶体管。
技术介绍
近年来，对包括使用半导体石墨烯形成的沟道层的场效应晶体管进行研发。在现有技术中，已提出了几种形成半导体石墨烯的方法。第一种方法是在基板上形成氧化石墨烯，然后在120°至对0°的温度加热和还原氧化石墨烯(参见“Tunable Electrical Conductivity of Individual Graphene Oxide Sheets Reduced atiLow'Temperatures", Nano Letters 8，4283 Q008)(非专利文档1))。第二种方法是在基板上形成氧化石墨烯， 然后用胼化学还原氧化石墨烯(参见Insulator to Semimetal Transition in Graphene Oxide”，J. Phys. Chem. C 113，15768(2009)(非专利文档2))。第三种方法是使宽度约IOnm 的石墨烯片变薄以形成半导体石墨烯(见“Energy Band-Gap Engineering of Graphene Nanoribbons，，，Phys. Rev. Lett. 98，206805 Q007)(非专利文档 3)和"Chemically Derived, Ultrasmooth Graphene Nanoribbon Semiconductors，，, Science 319,1229 (2008) (非专利文档4))。第四种方法是在两层石墨烯堆叠方向上施加电场以形成半导体石墨 M ( ^jAL"Direct observation of a widely tunable bandgap in bilayer graphene", Nature 459,820(2009)(非专利文档 5))。
技术实现思路
然而，在非专利文档1中公开的方法通过加热和还原氧化石墨烯只能获得没有带隙&的半金属还原石墨烯，但不能获得具有有限带隙的半导体氧化石墨烯。这可能导致将该还原氧化石墨烯用于沟道层的场效应晶体管(FET)的约为3的小开/关比、在利用该FET 的情况下逻辑电路的高功耗、在利用该FET的情况下显示器背板的小对比率等。此外，在非专利文档2中公开的方法中，获得的还原氧化石墨烯具有0.055eV的小带隙I，并且不足以用作场效应晶体管的沟道层。此外，在非专利文档3中公开的方法需要昂贵的尖端科技光刻法，或可能存在产品产量低和产品很不均勻的问题。此外，由于不存在在整个表面上均勻形成两层石墨烯的现有技术并且必须连续施加高电场，因此在非专利文档5中公开的方法导致器件结构复杂。这样，以上涉及的半导体石墨烯形成方法具有各自的优点和缺点。因此，期望提供以低成本和高产量制造采用半导体氧化石墨烯的具有大开/关比和简单结构的场效应晶体管的场效应晶体管制造方法。也期望提供采用半导体氧化石墨烯的具有大开/关比和简单结构的场效应晶体管。也期望提供以低成本和高产量制造具有足够大的带隙&的半导体氧化石墨烯的半导体氧化石墨烯制造方法。以上的需求及其它的需求将在以下描述中更加显而易见。根据本实施方式，通过在基板上形成包括具有氨基的分子的分子层、形成氧化石墨烯，然后还原氧化石墨烯，能够获得具有足够大的带隙4的半导体氧化石墨烯。在一个实施方式中，膜包括具有氨基的基层和在基层上形成的还原氧化石墨烯层。在实施方式中，基层的表面包括绝缘体。在实施方式中，基层包括具有在其上形成导电基板。在实施方式中，导电基板是导电硅基板，并且绝缘膜是二氧化硅膜。在实施方式中， 基层是已表面处理使得氨基粘附其上的绝缘膜。在实施方式中，膜还包括绝缘膜，其中基层在绝缘膜上形成为分离层。在实施方式中，氨基为APTMS或APTES的形式。在实施方式中， 还原氧化石墨烯层的厚度在约0. 3nm至约IOnm的范围中。在实施方式中，还原氧化石墨烯层包括多个岛，该岛包括通过Sp2杂化轨道结合的碳原子。在实施方式中，岛埋入还原氧化石墨烯层的绝缘区。在实施方式中，多个岛通过多个导电沟道互连以在还原氧化石墨烯层内形成网络结构。在实施方式中，导电沟道具有约IOnm以上的厚度。在实施方式中，还原氧化石墨烯层具有约0. IeV以上的带隙。在另一实施方式中，具有包括多个碳原子岛的还原氧化石墨烯层，其中多个岛通过多个导电沟道互连以形成网络结构，导电沟道具有约IOnm以下的厚度。在实施方式中， 还原氧化石墨烯层的厚度在约0. 3nm至约IOnm的范围中。在实施方式中，还原氧化石墨烯层包括多个岛，该岛包括通过Sp2杂化轨道结合的碳原子。在实施方式中，岛埋入还原氧化石墨烯层的绝缘区。在实施方式中，还原氧化石墨烯层具有约0. IeV以上的带隙。在另一实施方式中，半导体器件包括导电基板、在导电基板上形成的绝缘膜、包括氨基的基层和在基层上形成的还原氧化石墨烯层。在实施方式中，导电基板是导电硅基板， 并且绝缘膜是二氧化硅膜。在实施方式中，半导体器件还包括在还原氧化石墨烯层上形成的源电极和栅电极。在实施方式中，半导体器件是场效应晶体管。在实施方式中，半导体器件还包括覆盖还原氧化石墨烯层的第二栅极绝缘膜，第二栅极绝缘膜包括还原氧化石墨烯层的开口暴露部分、在第一个开口中形成的源电极、在第二个开口中形成的漏电极和在第二栅极绝缘膜中形成的栅电极。在实施方式中，氨基为APTMS或APTES的形式。在实施方式中，还原氧化石墨烯层的厚度在约0. 3nm至约IOnm的范围中。在实施方式中，还原氧化石墨烯层包括多个岛，该岛包括通过SP2杂化轨道结合的碳原子。在实施方式中，岛埋入还原氧化石墨烯层的绝缘区。在实施方式中，多个岛通过多个导电沟道互连以在还原氧化石墨烯层内形成网络结构。在实施方式中，导电沟道具有约IOnm以下的宽度。在实施方式中，还原氧化石墨烯层具有约0. IeV以上的带隙。在另一实施方式中，制造膜的方法包括形成包括氨基的基层，并在基层上形成还原氧化石墨烯层。在实施方式中，通过热或化学还原氧化石墨烯形成还原氧化石墨烯层。 在实施方式中，通过在可还原氧化石墨烯的气氛下，在100°c以上400°C以下的温度热处理还原氧化石墨烯来形成还原氧化石墨烯层。在实施方式中，基层表面包括绝缘体。在实施方式中，基层包括具有在其上形成绝缘膜的导电基板。在实施方式中，导电基板是导电硅基板，并且绝缘膜是二氧化硅膜。在实施方式中，基层是绝缘膜，并通过表面处理绝缘膜使得氨基粘附至其来形成。在实施方式中，该方法还包括形成绝缘膜，并且基层在绝缘膜上形成为分离层。在实施方式中，形成还原氧化石墨烯层包括在基层上接触氧化石墨烯的分散液以形成多个碳原子岛。在实施方式中，形成还原氧化石墨烯层还包括热或化学还原氧化石6墨烯，从而通过导电沟道连接多个碳原子岛。在实施方式中，导电沟道具有约IOnm以下的宽度。在实施方式中，碳原子岛埋入还原氧化石墨烯层的绝缘区。在实施方式中，还原氧化石墨烯层具有约0. IeV以上的带隙。在另一实施方式中，还原氧化石墨烯层的形成方法包括形成多个碳原子岛，使用多个导电沟道互连多个碳原子岛以形成氧化石墨烯层的网络结构，其中导电沟道具有约 IOnm以下的宽度。在实施方式中，通过热或本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种膜，包括：基层，具有氨基；以及还原氧化石墨烯层，在所述基层上形成。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：小林敏之，
申请(专利权)人：索尼公司，
类型：发明
国别省市：JP