石墨烯晶体管、混合晶体管及其制造方法技术

本发明专利技术提供了石墨烯晶体管、混合晶体管及其制造方法。该石墨烯晶体管包括：栅极电极，在衬底上；栅极绝缘层，在栅极电极上；石墨烯沟道，在栅极绝缘层上；源极电极和漏极电极，在石墨烯沟道上，源极电极和漏极电极彼此分离；以及盖，覆盖源极电极和漏极电极的上表面并在源极电极与漏极电极之间的石墨烯沟道之上形成空气间隙。

【技术实现步骤摘要】
石墨烯晶体管、混合晶体管及其制造方法
一个或更多示例实施方式涉及在石墨烯之上具有空气间隙的石墨烯晶体管、包括石墨烯晶体管和/或金属-氧化物-半导体（MOS）晶体管的混合晶体管、和/或制造混合晶体管的方法。
技术介绍
石墨烯，其具有二维六边形碳结构，是一种可以代替半导体的新材料。石墨烯是一种零带隙半导体。此外，石墨烯在室温下具有100000cm2v-1s-1的载流子迁移率，这大约为硅的100倍。因此，石墨烯可以应用到高频器件，例如射频（RF）器件。然而，如果在形成器件时石墨烯形成为接触衬底，则石墨烯的迁移率被极大地降低。也就是，当在悬置状态下测量迁移率时石墨烯的迁移率高。利用具有高迁移率的石墨烯作为沟道的石墨烯晶体管可以用作高速操作的RF晶体管。
技术实现思路
至少一个示例实施方式提供了石墨烯晶体管，其中石墨烯沟道的迁移率通过在石墨烯沟道之上形成空气间隙而增加。至少一个示例实施方式提供了混合晶体管，其具有包括MOS晶体管和石墨烯晶体管的结构。至少一个示例实施方式提供了制造混合晶体管的方法。额外的方面将在以下的描述中部分阐述，并将部分地从该描述而变得显然，或者可以通过实践示例实施方式而获知。根据示例实施方式，提供一种石墨烯晶体管，其包括：栅极电极，在衬底上；栅极绝缘层，在栅极电极上；石墨烯沟道，在栅极绝缘层上；源极电极和漏极电极，在石墨烯沟道上，源极电极和漏极电极彼此分离；以及盖，覆盖源极电极和漏极电极的上表面并在源极电极与漏极电极之间的石墨烯沟道之上形成空气间隙。在至少一个示例实施方式中，在源极电极与漏极电极之间的石墨烯沟道的长度可以在约10nm至约100nm的范围内。盖可以形成为多孔聚合物或多孔绝缘材料。在至少一个示例实施方式中，空气间隙可以具有在约20nm至约200nm的范围内的高度。在至少一个示例实施方式中，栅极绝缘层可以由六边形硼氮化物形成。在至少一个示例实施方式中，栅极绝缘层可以具有在约0.5nm至约30nm的范围内的厚度。在至少一个示例实施方式中，石墨烯沟道可以由一个至五个石墨烯层形成。在至少一个示例实施方式中，源极电极和漏极电极可以在石墨烯沟道的相反侧并包括多个互相交叉的源极指电极和漏极指电极，并且栅极电极可以包括设置为覆盖两个相邻的相互交叉的源极指电极和漏极指电极之间的间隙的多个栅极指电极。根据示例实施方式，提供一种混合晶体管，其包括：金属-氧化物-半导体（MOS）晶体管，形成在衬底上；以及石墨烯晶体管，设置在MOS晶体管之上。在至少一个示例实施方式中，石墨烯晶体管可以包括：栅极电极，在第一层间绝缘层上，第一层间绝缘层覆盖MOS晶体管；栅极绝缘层，在栅极电极上；石墨烯沟道，在栅极绝缘层上；彼此分离的源极电极和漏极电极，在石墨烯沟道上；以及盖，覆盖源极电极和漏极电极的上表面并且在源极电极与漏极电极之间的石墨烯沟道之上形成空气间隙。根据示例实施方式，提供一种制造混合晶体管的方法，该方法包括：在衬底上形成金属-氧化物-半导体（MOS）晶体管；在衬底上形成覆盖MOS晶体管的第一层间绝缘层；形成连接到MOS晶体管的源极电极和漏极电极的第一金属以及在第一层间绝缘层上形成栅极电极；在栅极电极上依次形成栅极绝缘层和石墨烯沟道；在第一层间绝缘层上形成连接到第一金属的第二金属，以及在石墨烯沟道上形成源极电极和漏极电极，源极电极和漏极电极彼此分离；用聚合物填充源极电极与漏极电极之间的空间；形成覆盖源极电极和漏极电极上的聚合物的盖；以及通过去除聚合物形成石墨烯沟道与盖之间的空气间隙。在根据示例实施方式的石墨烯晶体管中，空气间隙形成在石墨烯沟道之上，并且由此石墨烯晶体管保持高迁移率特性。因此，石墨烯晶体管可以用作RF晶体管。根据示例实施方式的混合晶体管在需要高速信号处理的地方使用石墨烯晶体管，并且来自石墨烯晶体管的信号可以传输到MOS晶体管。MOS晶体管可以用作显示器件的图像显示晶体管。根据示例实施方式，一种晶体管包括：石墨烯沟道，在晶体管的栅极电极上；源极电极和漏极电极，在石墨烯沟道上；以及盖，在源极电极和漏极电极上，使得盖限定石墨烯沟道之上的空气间隙。根据示例实施方式，源极电极和漏极电极通过石墨烯沟道彼此分离并包括多个相互交叉的源极指电极和漏极指电极，并且栅极电极包括多个栅极指电极，设置为使得栅极指电极覆盖两个相邻的相互交叉的源极和漏极指电极之间的间隙。根据示例实施方式，一种混合晶体管包括：MOS晶体管，在衬底上以及衬底的第一层间绝缘层中；以及根据示例实施方式的晶体管，在衬底上以及衬底的第二层间绝缘层中，第二层间绝缘层在第一层间绝缘层之上。附图说明从以下结合附图对示例实施方式的描述，这些和/或其它方面将变得显然并更易于理解，在附图中：图1是根据示例实施方式的石墨烯晶体管的示意截面图；图2是示出图1的石墨烯晶体管的电极的设置的平面图；图3是根据另一示例实施方式的石墨烯晶体管的示意截面图；图4是示出图3的石墨烯晶体管的电极的布置的平面图；图5是根据示例实施方式的包括石墨烯晶体管的混合晶体管的示意截面图；图6是示出图5的石墨烯晶体管的电极的布置的平面图；以及图7A至图7F是依次示出根据示例实施方式的制造混合晶体管的方法的截面图。具体实施方式现在将详细参照实施方式，附图中示出实施方式的示例。在附图中，为了清晰，层和区域的厚度被夸大，并且相同的附图标记始终指代相同的元件，而对其的描述将不重复。为便于描述这里可以使用诸如“在…之下”、“在...下面”、“下”、“在…之上”、“上”等空间相对性术语，以描述如附图所示的一个元件或特征与另一个（多个）元件或特征之间的关系。将理解，空间相对性术语是用来涵盖除了附图所示的取向之外器件在使用或操作中的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转过来，被描述为“在”其它元件或特征“之下”或“下面”的元件将会取向为在其它元件或特征“之上”。因此，示范性术语“在...下面”能够涵盖之上和之下两种取向。器件可以采取其它取向（旋转90度或其它取向），并且这里所采用的空间相对性描述符做相应解释。作为另一示例，将理解，当称一个元件或层在另一元件或层“上面”、“之上”、“下面”、“之下”、“下”、“上”等时，该元件或层可以直接在另一元件上，可以在另一元件之上而不直接接触该元件或层，或者可以在其间有中间元件或层。将理解，当称一个元件“连接到”或“耦接到”另一元件时，它可以直接在另一元件上、直接连接或耦接到另一元件，或者可以存在中间元件。相反，当称一个元件“直接连接到”或“直接耦接到”另一元件时，不存在中间元件。相同的附图标记始终指代相同的元件。如此处所采用的，术语“和/或”包括一个或更多所列相关项目的任何和所有组合。将理解，虽然这里可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、组件、和/或部分，但这些元件、组件、和/或部分不应受限于这些术语。这些术语仅用于将一个元件、组件或部分与另一元件、组件或部分区别开。因此，以下讨论的第一元件、组件或部分可以被称为第二元件、组件或部分，而不背离示例实施方式的教导。这里所采用的术语仅是为了描述特定实施方式的目的，并非要进行限制。如这里所采用的，除非上下文另有明确表述，否则单数形式“一”和“该”均同时旨在也包括复数形式。将进一步理解，术语“包括”和/或“包含”，当在本说本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石墨烯晶体管，包括：栅极电极，在衬底上；栅极绝缘层，在所述栅极电极上；石墨烯沟道，在所述栅极绝缘层上；源极电极和漏极电极，在所述石墨烯沟道上，所述源极电极和所述漏极电极彼此分离；以及盖，覆盖所述源极电极和所述漏极电极的上表面，并且在所述源极电极与所述漏极电极之间的所述石墨烯沟道之上形成空气间隙。

【技术特征摘要】
2011.11.02 KR 10-2011-01135851.一种石墨烯晶体管，包括：栅极电极，在衬底上；栅极绝缘层，在所述栅极电极上，其中所述栅极绝缘层具有平坦形状；石墨烯沟道，固定地设置在所述栅极绝缘层上；源极电极和漏极电极，在所述石墨烯沟道上，所述源极电极和所述漏极电极彼此分离；以及盖，覆盖所述源极电极和所述漏极电极的上表面，并且在所述源极电极与所述漏极电极之间的所述石墨烯沟道之上形成空气间隙。2.如权利要求1所述的石墨烯晶体管，其中在所述源极电极与所述漏极电极之间的所述石墨烯沟道的长度在10nm至100nm的范围内。3.如权利要求1所述的石墨烯晶体管，其中所述盖由多孔聚合物形成。4.如权利要求1所述的石墨烯晶体管，其中所述盖由多孔绝缘材料形成。5.如权利要求1所述的石墨烯晶体管，其中所述空气间隙具有在20nm至200nm的范围内的高度。6.如权利要求1所述的石墨烯晶体管，其中所述栅极绝缘层由六边形硼氮化物形成。7.如权利要求6所述的石墨烯晶体管，其中所述栅极绝缘层具有在0.5nm至30nm的范围内的厚度。8.如权利要求1所述的石墨烯晶体管，其中所述石墨烯沟道由一个至五个石墨烯层形成。9.一种石墨烯晶体管，包括：栅极电极，在衬底上；栅极绝缘层，在所述栅极电极上；石墨烯沟道，在所述栅极绝缘层上；源极电极和漏极电极，在所述石墨烯沟道上，所述源极电极和所述漏极电极彼此分离；以及盖，覆盖所述源极电极和所述漏极电极的上表面，并且在所述源极电极与所述漏极电极之间的所述石墨烯沟道之上形成空气间隙，其中所述源极电极和所述漏极电极在所述石墨烯沟道的相反侧并包括多个互相交叉的源极指电极和漏极指电极，并且所述栅极电极包括多个栅极指电极，所述多个栅极指电极设置为覆盖两个相邻的相互交叉的源极指电极和漏极指电极之间的间隙。10.一种混合晶体管，包括：金属-氧化物-半导体晶体管，在衬底上；以及石墨烯晶体管，设置在所述金属-氧化物-半导体晶体管之上，其中所述石墨烯晶体管包括：栅极电极，在第一层间绝缘层上，所述第一层间绝缘层覆盖所述金属-氧化物-半导体晶体管；栅极绝缘层，在所述栅极电极上；石墨烯沟道，在所述栅极绝缘层上；源极电极和漏极电极，在所述石墨烯沟道上，所述源极电极和所述漏极电极彼此分离；以及盖，覆盖所述源极电极和所述漏极电极的上表面，并且在所述源极电极与所述漏极电极之间的所述石墨烯沟道上形成空气间隙。11.如权利要求10所述的混合晶体管，其中在所述源极电极与所述漏极电极之间的所述石墨烯沟道的长度在10nm至100nm的范围内。12.如权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑现钟，郑佑仁，金奇南，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：