石墨烯量子电容测试器件及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种石墨烯量子电容测试器件及其制备方法。该方法包括：在衬底上形成栅电极引线图形、源电极引线图形和漏电极引线图形；在衬底上形成栅电极图形、源电极图形和漏电极图形，分别与该栅电极引线图形、源电极引线图形和漏电极引线图形接触；在栅电极图形上形成栅介质层图形；在栅介质层图形、源电极图形和漏电极图形上形成石墨烯层图形；以及在石墨烯层图形上对应源电极图形和漏电极图形分别形成欧姆接触层图形。本发明专利技术的石墨烯量子电容测试器件及其制备方法可提高石墨烯量子电容的测量精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及量子电容测试器件，尤其涉及一种。
技术介绍
由碳原子构成的单层片状结构的二维材料，例如石墨烯，因其超高的本征载流子迁移率、超高的强场漂移速度和极高的电流承载能力，因此可用来制备具有更小尺寸和更快导电速度的新一代半导体器件。现有的基于石墨稀的量子电容测试器件，包括衬底，衬底上形成有石墨稀、石墨稀作为半导体器件的沟道材料，其上依次形成有源/漏电极、栅介质(栅氧化层)和栅电极。可见，石墨烯的量子电容Cq和栅氧化层的电容Cox是串联结构，其总电容Ctotal 为Ctotal= —；~~I , ICq Cox由于石墨烯表面没有悬挂键和亲水基团，无法直接ALD (原子层沉积)，而先沉积金属再氧化的方法导致增大了栅氧化层的EOT (等效氧化层厚度)；同时，由于能带结构的不同,Fowler-Nordheim (福勒-诺得海姆)遂穿明显大于娃半导体器件,栅介质的物理厚度需要非常大。因此，采用现有的上述结构时，栅氧化层的物理厚度较大，电容Cox较小，而石墨烯的量子电容Cq本身就非常大，因此测量得到的总电容主要由栅氧化层的电容Cox决定， 导致得出的石墨烯的量子电容Cq不够精确。
技术实现思路
在下文中给出关于本专利技术的简要概述，以便提供关于本专利技术的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本专利技术的穷举性概述。它并不是意图确定本专利技术的关键或重要部分，也不是意图限定本专利技术的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念， 以此作为稍后论述的更详细描述的前序。本专利技术的一个主要目的在于提供一种能够提高石墨烯量子电容测量精度的。为实现上述目的，本专利技术提供了一种石墨烯量子电容测试器件，包括衬底衬底上形成有栅电极引线图形、源电极引线图形和漏电极引线图形；衬底上还形成有栅电极图形、源电极图形和漏电极图形，分别与栅电极引线图形、 源电极引线图形和漏电极引线图形相接触；栅电极图形上形成有栅介质层图形；栅介质层图形、源电极图形和漏电极图形上形成有石墨烯层图形；以及石墨烯层图形上对应源电极图形和漏电极图形分别形成有欧姆接触层图形。为实现上述目的，本专利技术还提供了一种石墨烯量子电容测试器件的制备方法，包括引线图形形成步骤在衬底上形成栅电极引线图形、源电极引线图形和漏电极引线图形；电极图形形成步骤在衬底上形成栅电极图形、源电极图形和漏电极图形，栅电极图形、源电极图形和漏电极图形栅电极引线图形、源电极引线图形和漏电极引线图形接触；栅介质层图形形成步骤在栅电极图形上形成栅介质层图形；石墨烯层图形形成步骤在栅介质层图形、源电极图形和漏电极图形上形成石墨烯层图形；以及欧姆接触层图形形成步骤在石墨烯层图形上对应源电极图形和漏电极图形分别形成欧姆接触层图形。本专利技术的自下而上形成有栅源漏电极图形、栅介质层图形、在栅介质层图形上设置石墨烯，避免了在石墨烯上形成栅氧化层然后形成电极图形，有效地保证了石墨烯的本征特性不受破坏，同时避免了增大栅介质层的等效氧化层厚度，可以将栅介质层做地极薄，增大其电容，使得测量的总电容中石墨烯的量子电容所占比重增大，因此测量石墨烯量子电容的精确性提高。附图说明参照下面结合附图对本专利技术实施例的说明，会更加容易地理解本专利技术的以上和其它目的、特点和优点。附图中的部件只是为了示出本专利技术的原理。在附图中，相同的或类似的技术特征或部件将采用相同或类似的附图标记来表示。图I为本专利技术的石墨烯量子电容测试器件的一种实施例的结构示意图。图2为本专利技术的石墨烯量子电容测试器件的制备方法的一种实施例的流程图。图2A为图2中的金属引线图形形成步骤的流程图。图2B为图2中的电极图形形成步骤的流程图。图2C为图2中的栅介质层图形形成步骤的流程图。图2D为图2中的石墨烯层图形形成步骤的流程图。图2E为图2中的欧姆接触层图形形成步骤的流程图。图3A-1至图3A-2为本专利技术形成金属引线图形的工艺结构示意图。图3B-1至图3B-2为本专利技术形成电极图形工艺结构示意图。图3C-1至图3C-2为本专利技术形成栅介质层图形的工艺结构示意图。图3D-1至图3D-2为本专利技术形成石墨烯层图形的工艺结构示意图。图3E为本专利技术形成欧姆接触层图形的工艺结构示意图。具体实施方式下面参照附图来说明本专利技术的实施例。在本专利技术的一个附图或一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或更多个其它附图或实施方式中示出的元素和特征相结合。应当注意，为了清楚的目的，附图和说明中省略了与本专利技术无关的、本领域普通技术人员已知的部件和处理的表示和描述。本专利技术提供了一种石墨烯量子电容测试器件，包括衬底衬底上形成有栅电极引线图形、源电极引线图形和漏电极引线图形；衬底上还形成有栅电极图形、源电极图形和漏电极图形，分别与栅电极引线图形、 源电极引线图形和漏电极引线图形相接触；栅电极图形上形成有栅介质层图形；栅介质层图形、源电极图形和漏电极图形上形成有石墨烯层图形；以及石墨烯层图形上对应源电极图形和漏电极图形分别形成有欧姆接触层图形。可选地，栅介质层图形的等效氧化层厚度小于2纳米。可选地，栅介质层的材料为钛氧化物、钇氧化物、镧氧化物、铪氧化物或氮氧化铪硅。可选地，栅电极图形、源电极图形和漏电极图形的材料为钛或者钛与氮化钛的合金参考图1，本专利技术的石墨烯量子电容测试器件的一种实施例包括衬底112，衬底 112可为通过热氧化在硅材料上形成一定厚度的二氧化硅构成，例如，硅材料的厚度可为 400微米，二氧化硅的厚度可为O. 7-1微米。衬底112上形成有栅电极引线图形(图中未示出)、源电极引线图形和漏电极引线图形，其中源电极引线图形和漏电极引线图形分别为图I所示的两个引线图形114。、栅电极引线图形、源电极引线图形和漏电极引线图形的材料可为，例如铝。衬底112上，位于源电极引线图形和漏电极引线图形之间的位置形成有栅电极图形116a、源电极图形116b和漏电极图形116c，栅电极图形116a形成在源电极图形116b 和漏电极图形116c之间，源电极116b和漏电极116c远离栅电极图形116a的一端分别与该源电极弓I线图形和漏电极弓I线图形相接触。本实施例中，栅电极图形116a、源电极图形116b和漏电极图形116c的材料可均为钛，或者均为钛和氮化钛的合金。栅电极图形116上形成有栅介质图形118，栅介质图形118可为高介电常数栅介质，可为但不限于以下几种材料招氧化物(例如ai2o3)、钇氧化物(例如Y203)、镧氧化物(例如La2O3 )、铪氧化物(例如HfO2 )、氮氧化铪娃(HfSiON)等。栅介质图形118、源电极图形116b和漏电极图形116c上形成有石墨烯层图形 120。石墨烯层图形120可包括位于栅介质层图形118上的沟道区域以及位于源电极图形 116b和漏电极图形116c上的源/漏区域。石墨烯层图形120上相对于源电极图形116b和漏电极图形116c分别形成有欧姆接触层图形122b和122c。本实施例中，由于避免了直接在衬底上铺设石墨烯，在石墨烯上生长栅介质层，最大限度地减小对石墨烯的破坏，同时栅介质图形118可以具有较薄的厚度，本实施例中，栅介质图形118的等效氧化层厚度小于2纳米，具体地，可达到I. 5纳米。测试电容时，栅电极引线图形用于连接电压信号，源电极引线图形和漏电极引线图形用于接地。测试的电容为总电容本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石墨烯量子电容测试器件，其特征在于，包括：衬底所述衬底上形成有栅电极引线图形、源电极引线图形和漏电极引线图形；所述衬底上还形成有栅电极图形、源电极图形和漏电极图形，分别与所述栅电极引线图形、源电极引线图形和漏电极引线图形相接触；所述栅电极图形上形成有栅介质层图形；所述栅介质层图形、源电极图形和漏电极图形上形成有石墨烯层图形；以及所述石墨烯层图形上对应所述源电极图形和漏电极图形分别形成有欧姆接触层图形。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：肖柯，吴华强，吕宏鸣，钱鹤，伍晓明，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：