具有可调势垒的石墨烯开关装置制造方法及图纸

根据示例实施方式，一种石墨烯开关装置具有可调势垒。该石墨烯开关装置可包括：栅基板；在栅基板上的栅介电层；在栅介电层上的石墨烯层；半导体层和第一电极，顺序堆叠在石墨烯层的第一区上；第二电极，在石墨烯层的第二区上。半导体层可用n型杂质和p型杂质的其中之一掺杂。半导体层可以面对栅基板，石墨烯层位于半导体层与栅基板之间。石墨烯层的第二区可以与石墨烯层的第一区分离。

【技术实现步骤摘要】
具有可调势垒的石墨烯开关装置
示例实施方式涉及具有可调的半导体势垒的石墨烯开关装置。
技术介绍
具有二维六方碳结构的石墨烯是可代替半导体的材料，因此最近已经在世界范围积极地进行了有关石墨烯的研究。石墨烯可以是零带隙半导体。在形成具有10nm或更小的石墨烯沟道宽度的石墨烯纳米带（GNR）时，带隙通过尺寸效应形成。因此，通过使用GNR可以制造可在室温操作的场效应晶体管。当使用GNR作为沟道的石墨烯晶体管被制造时，石墨烯晶体管的开/关电流比（on/offratio）可能增大。然而，在GNR处的迁移率可能大大降低，并且石墨烯晶体管的导通电流由于GNR的不规则（distorted）边缘而可能较小。作为消除GNR的缺点的一种方法，可以通过在垂直方向上施加电场到双层的石墨烯而形成带隙。然而，此方法是大尺寸CVD方法，因此可能难以生长均匀的双层石墨烯并且由于随机域（domain）而难以商品化。
技术实现思路
示例实施方式涉及一种具有可调的半导体势垒的石墨烯开关装置。额外的方面将在随后的描述中部分地阐述，并且部分将通过该描述而明显，或可以通过对示例实施方式的实践而习之。根据示例实施方式，一种具有可调势垒的石墨烯开关装置包括：栅基板（gatesubstrate）；在栅基板上的栅介电层（gatedielectric）；在栅介电层上的石墨烯层；半导体层和第一电极，顺序堆叠在石墨烯层的第一区上，半导体层掺杂有n型杂质和p型杂质的其中之一，以及半导体层面对栅基板，石墨烯层位于半导体层与栅基板之间；以及第二电极，在石墨烯层的第二区上，该第二区与石墨烯层的第一区间隔开。半导体层可以包括硅、锗、硅-锗、III-V族半导体以及II-VI族半导体的其中之一。石墨烯层可以与第一电极分离。半导体层可具有在大约1nm至大约10nm范围的厚度。第一电极和第二电极可以包含金属和多晶硅的其中之一。石墨烯开关装置可以是单极（uni-polar）晶体管，该单极晶体管的极性与半导体层的杂质类型相同。半导体层可配置成在石墨烯层和第一电极之间形成能隙，该能隙可根据施加到栅基板的栅电压改变。石墨烯层的一部分可包括一层至四层石墨烯。根据示例实施方式，一种具有可调势垒的石墨烯开关装置包括：半导体层，配置成在石墨烯层与第一电极之间形成能隙，该第一电极位于半导体层的第一区上，该石墨烯层位于半导体层上；绝缘层，在半导体层的第二区上，该绝缘层与第一电极分离，石墨烯层位于第一电极与绝缘层之间，石墨烯层延伸到绝缘层上；第二电极，在石墨烯层和半导体层的第二区上，第二电极面对绝缘层；在石墨烯层上的栅介电层；以及栅电极，在栅介电层上。半导体层可包括硅、锗、硅-锗、III-V族半导体和II-VI族半导体中的其中之一。石墨烯层可以与所述第一电极分离。石墨烯层与第一电极之间的间隙可以在大约1nm到大约30nm的范围。第一电极和第二电极可以包含金属和多晶硅的其中之一。石墨烯开关装置可以是单极晶体管，该单极晶体管具有与半导体层的杂质类型相同的极性。通过半导体层形成的能隙可以根据施加到栅电极的栅电压改变。石墨烯层的至少一部分可以具有一层至四层石墨烯。根据示例实施方式，一种具有可调势垒的石墨烯开关装置包括：石墨烯层，包括与第二表面相反的第一表面；半导体层，包含n型杂质和p型杂质的其中之一，半导体层接触石墨烯层的第一表面的第一部分和石墨烯层的第二表面的第一部分的其中之一；第一电极，接触半导体层，第一电极与石墨烯层分离；第二电极，接触石墨烯层的第一表面的第二部分；栅电极；以及栅介电层，接触栅电极和石墨烯层，栅介电层位于栅电极与半导体层之间。半导体层可以包括硅、锗、硅-锗、III-V族半导体以及II-VI族半导体中的其中之一。第一电极和第二电极的至少之一可以包含金属和多晶硅的其中之一。石墨烯层的至少一部分可具有一至四层石墨烯的厚度。石墨烯开关装置可以是单极晶体管，该单极晶体管的极性与半导体层的杂质类型相同。半导体层可以配置成在石墨烯层与第一电极之间形成能隙，以及该能隙可以根据施加到栅电极的栅电压改变。栅介电层可以在栅电极上。石墨烯层可以在栅介电层上。半导体层可以在石墨烯层上且可以接触石墨烯层的第一表面的一部分。第一电极可以在半导体层上。第二电极可以与石墨烯层的第一表面上的半导体层间隔开。半导体层可以具体在约1nm至约10nm的范围内的厚度。半导体层可以接触石墨烯层的第二表面的第一部分。石墨烯层可以在半导体层上。第一电极可以在半导体层上。栅介电层可以在石墨烯层上。栅电极可以在栅介电层上。石墨烯层与第一电极之间的、沿着半导体层的表面的间隙可以在大约1nm至大约30nm的范围内。栅介电层可以填充分离第一电极与石墨烯层的间隙。绝缘层可以位于石墨烯层的第二表面的第二部分与半导体层之间，石墨烯层可以在绝缘层与第二电极之间延伸。石墨烯层可以配置成用作在栅电压施加到栅电极时电子和空穴的其中之一流动通过石墨烯层的路径。石墨烯开关装置可以通过调整流动通过石墨烯层的电流而作为二极管操作。调整电流可以包括以下至少之一：在第一电极与第二电极之间施加正向偏压以增大流动通过石墨烯层的电流，和在第一电极与第二电极之间施加负偏压以减少流动通过石墨烯层的电流。石墨烯开关装置可以通过以下操作而作为三极管操作：在第一电极与第二电极之间施加正向偏压，调整施加到栅电极的栅电压从而调整半导体层与石墨烯层之间的能隙。增大施加到栅电极的栅电压的幅值可以减小半导体层与石墨烯层之间的能隙。减少施加到栅电极的栅电压的幅值可以增加半导体层与石墨烯层之间的能隙。石墨烯开关装置可以通过以下操作为作为晶体管操作：在第一电极与第二电极之间施加负偏压，调整施加到栅电极的栅电压从而调整石墨烯开关装置的饱和电流电平。附图说明通过下文对如附图所示的非限制性的实施方式的描述，这些和/或其他方面将变得明显且更易于理解，在附图中相同的附图标记在不同的附图中始终表示相同的部件。附图不必按比例绘制，重点在于示出示例实施方式的原理。在附图中：图1是根据示例实施方式的包括可调势垒的石墨烯开关装置的示意剖视图；图2A、2B、2C和2D是能带图，用于解释根据示例实施方式的、图1的石墨烯开关装置的操作；图3是根据示例实施方式的n型石墨烯开关装置的I-V特性曲线；图4是根据示例实施方式的p型石墨烯开关装置的I-V特性曲线；图5是根据本专利技术另一实施方式的、包括可调势垒的石墨烯开关装置的示意剖视图；以及图6是根据本专利技术另一实施方式的、包括可调势垒的石墨烯开关装置的示意剖视图。具体实施方式现将参考附图更加全面地描述示例实施方式，其中在附图中示出了一些示例实施方式。然而，示例实施方式可以以不同的形式实施，并且不应解释为限于这里阐述的实施方式。相反，提供这些实施方式使得本公开将充分和完整，并且将向本领域的普通技术人员全面地传达本专利技术的范围。在附图中，为了清晰起见，夸大了层和区域的厚度。在附图中的相同附图标记表示相同的元件，因而可以省略它们的说明。将理解的是，当一个元件被称为“连接”或“耦接”到另一元件时，其可以直接连接或耦接到所述另一元件，或者可以存在中间元件。相反，当一个元件被称为“直接连接”或“直接耦接”到另一元件时，不存在中间元件。如这里所使用的，术语“和/或”包括相关列举项目的一个或更多的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有可调势垒的石墨烯开关装置，该石墨烯开关装置包括：栅基板；在所述栅基板上的栅介电层；在所述栅介电层上的石墨烯层；半导体层和第一电极，顺序堆叠在所述石墨烯层的第一区上，所述半导体层掺杂有n型杂质和p型杂质的其中之一，以及所述半导体层面对所述栅基板，所述石墨烯层位于所述半导体层与所述栅基板之间；以及第二电极，在所述石墨烯层上的第二区上，该第二区与所述石墨烯层的所述第一区分离。

【技术特征摘要】
2011.08.26 KR 10-2011-00858201.一种具有可调势垒的石墨烯开关装置，该石墨烯开关装置包括∶栅基板；在所述栅基板上的栅介电层；在所述栅介电层上的石墨烯层；半导体层和第一电极，仅顺序堆叠在所述石墨烯层的第一区上，所述半导体层掺杂有n型杂质和p型杂质的其中之一，以及所述半导体层面对所述栅基板，所述石墨烯层位于所述半导体层与所述栅基板之间；以及第二电极，在所述石墨烯层上的第二区上，该第二区与所述石墨烯层的所述第一区分离，其中所述半导体层设置在所述第一电极与所述石墨烯层之间，而不接触所述栅基板和所述栅介电层，并且其中所述第一电极与所述石墨烯层的所述第一区交叠。2.如权利要求1所述的石墨烯开关装置，其中所述半导体层包括硅、锗、硅-锗、III-V族半导体和II-VI族半导体中的其中之一。3.如权利要求1所述的石墨烯开关装置，其中所述石墨烯层与所述第一电极分离。4.如权利要求1所述的石墨烯开关装置，其中所述半导体层的厚度是1nm至10nm。5.如权利要求1所述的石墨烯开关装置，其中所述第一电极和所述第二电极包含金属和多晶硅的其中之一。6.如权利要求1所述的石墨烯开关装置，其中所述石墨烯开关装置是单极晶体管，该单极晶体管的极性与所述半导体层的杂质类型相同。7.如权利要求6所述的石墨烯开关装置，其中所述半导体层配置成在所述石墨烯层与所述第一电极之间形成能隙，该能隙根据施加到所述栅基板的栅电压改变。8.如权利要求1所述的石墨烯开关装置，其中所述石墨烯层的至少一部分具有单层至四层石墨烯。9.一种具有可调势垒的石墨烯开关装置，包括∶半导体层，配置成在石墨烯层与第一电极之间形成能隙，所述第一电极位于所述半导体层的第一区上，所述石墨烯层位于所述半导体层上；绝缘层，位于所述半导体层的第二区上，所述绝缘层与所述第一电极分离，所述石墨烯层位于所述第一电极与所述绝缘层之间，所述石墨烯层延伸到所述绝缘层上；第二电极，在石墨烯层和所述半导体层的所述第二区上，所述第二电极面对所述绝缘层；栅介电层，在所述石墨烯层上；以及栅电极，在所述栅介电层上。10.如权利要求9所述的石墨烯开关装置，其中所述半导体层包括硅、锗、硅-锗、III-V族半导体和II-VI族半导体中的其中之一。11.如权利要求9所述的石墨烯开关装置，其中所述石墨烯层与所述第一电极分离。12.如权利要求9所述的石墨烯开关装置，其中所述石墨烯层与所述第一电极之间的间隙是1nm到30nm。13.如权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：许镇盛，郑现钟，宋俔在，朴晟准，D塞奥，梁喜准，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：