石墨烯场效应管及其形成方法技术

本发明专利技术公开了一种石墨烯场效应管及其形成方法，该场效应管包括：衬底；底层源极接触、底层漏极接触和栅金属层，底层源极接触、底层漏极接触和栅金属层位于衬底之上，底层源极接触和底层漏极接触分别位于栅金属层的左右两侧，底层源极接触、底层漏极接触和栅金属层的材料相同且厚度相同；栅介质层，栅介质层位于栅金属层之上，栅介质层与栅金属层的接触界面为粗糙面；石墨烯薄膜，石墨烯薄膜位于底层源极接触、底层漏极接触和栅介质层之上；和顶层源极接触和顶层漏极接触，顶层源极接触位于石墨烯薄膜之上并且与底层源极接触位置相对应，顶层漏极接触位于石墨烯薄膜之上并且与底层漏极接触位置相对应。本发明专利技术具有迁移率高、栅控能力良好的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属半导体器件领域，具体涉及一种。
技术介绍
石墨烯场效应管可以为顶栅或埋栅结构。顶栅结构的石墨烯场效应管中栅介质直接生长在石墨烯薄膜上，埋栅结构的石墨烯场效应管中石墨烯薄膜转移至经化学机械抛光的栅结构上，此两种方法中石墨烯薄膜都与栅介质层紧密贴合。所以，石墨烯的载流子迁移率受限于栅介质层引入的库伦散射和表面极化声子散射。研究表明:完全悬空的石墨烯具有极高的迁移率，但完全悬空是难以实现的。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种石墨烯场效应管。本专利技术的另一目的在于提出一种石墨烯场效应管的形成方法。为了实现上述目的，根据本专利技术一个方面的实施例的石墨烯场效应管，包括:衬底；底层源极接触、底层漏极接触和栅金属层，所述底层源极接触、所述底层漏极接触和所述栅金属层位于所述衬底之上，所述底层源极接触和所述底层漏极接触分别位于所述栅金属层的左右两侧，所述底层源极接触、所述底层漏极接触和所述栅金属层的材料相同且厚度相同；栅介质层，所述栅介质层位于所述栅金属层之上，所述栅介质层与所述栅金属层的接触界面为粗糙面；石墨烯薄膜，所述石墨烯薄膜位于所述底层源极接触、底层漏极接触和所述栅介质层之上；和顶层源极接触和顶层漏极接触，所述顶层源极接触位于所述石墨烯薄膜之上并且与所述底层源极接触位置相对应，所述顶层漏极接触位于所述石墨烯薄膜之上并且与所述底层漏极接触位置相对应。根据本专利技术实施例的石墨烯场效应管中，石墨烯薄膜被栅结构表面的凸点撑起，是一种折中的、半悬空的方案。该方案一方面减少了石墨烯和栅结构表面贴合、提高了载流子迁移率，另一方面使石墨烯具有一定栅控能力，可用作场效应管器件。因此本专利技术实施例的石墨烯场效应管具有迁移率高、栅控能力良好的优点。另外，根据本专利技术实施例的石墨烯场效应管还可以具有如下附加技术特征:在本专利技术的一个实施例中，所述衬底为顶部表面为粗糙表面的二氧化硅。在本专利技术的一个实施例中，所述底层源极接触、所述底层漏极接触和所述栅金属层的材料为Ti。在本专利技术的一个实施例中，所述顶层源极接触和所述顶层漏极接触的材料为Ti/Au。在本专利技术的一个实施例中，所述栅介质层的材料为HfSiON、HfO2或Al2O3。为了实现上述目的，根据本专利技术另一个方面的实施例的石墨烯场效应管的形成方法，包括以下步骤:提供衬底；在所述衬底之上形成底层源极接触、底层漏极接触和栅金属层，所述底层源极接触和所述底层漏极接触分别位于所述栅金属层的左右两侧，所述底层源极接触、所述底层漏极接触和所述栅金属层的材料相同且厚度相同；在所述栅金属层之上形成栅介质层，所述栅介质层与所述栅金属层的接触界面为粗糙面；在所述底层源极接触、底层漏极接触和所述栅介质层之上形成石墨烯薄膜；和在所述石墨烯薄膜之上形成顶层源极接触和顶层漏极接触，所述顶层源极接触与所述底层源极接触位置相对应，所述顶层漏极接触与所述底层漏极接触位置相对应。根据本专利技术实施例的石墨烯场效应管的形成方法中，形成的石墨烯薄膜被栅结构表面的凸点撑起，是一种折中的、半悬空的方案。该方案一方面减少了石墨烯和栅结构表面贴合、提高了载流子迁移率，另一方面使石墨烯具有一定栅控能力，可用作场效应管器件。因此本专利技术实施例的方法形成的石墨烯场效应管具有迁移率高、栅控能力良好的优点。另外，根据本专利技术实施例的石墨烯场效应管的形成方法还可以具有如下附加技术特征:在本专利技术的一个实施例中，所述衬底为顶部表面为粗糙表面的二氧化硅。在本专利技术的一个实施例中，所述底层源极接触、所述底层漏极接触和所述栅金属层的材料为Ti。在本专利技术的一个实施例中，所述顶层源极接触和所述顶层漏极接触的材料为Ti/Au。在本专利技术的一个实施例中，所述栅介质层的材料为HfSiON、HfO2或Al2O3。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。【附图说明】本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中:图1是根据本专利技术实施例的石墨烯场效应管的结构示意图；图2是根据本专利技术实施例的石墨烯场效应管的形成方法的流程图。【具体实施方式】下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。如图1所示，根据本专利技术实施例的石墨烯场效应管，可以包括:衬底10、底层源极接触20a、底层漏极接触30a、棚金属层40、棚介质层50、石墨纟布薄I吴60、顶层源极接触20b和顶层漏极接触30b。底层源极接触20a、底层漏极接触30a和栅金属层40位于衬底10之上。底层源极接触20a和底层漏极接触30a分别似于棚金属层40的左右两侧。底层源极接触20a、底层漏极接触30a和栅金属层40的材料相同且厚度相等。栅介质层50位于栅金属层40之上，栅介质层50与栅金属层40的接触界面为粗糙面。石墨烯薄膜60位于底层源极接触20a、底层漏极接触30a和栅介质层50之上。顶层源极接触20b位于石墨烯薄膜60之上并且与底层源极接触20a位置相对应。顶层漏极接触30b位于石墨烯薄膜60之上并且与底层漏极接触30a位置相对应。根据本专利技术实施例的石墨烯场效应管中，石墨烯薄膜60被栅结构表面的凸点撑起，是一种折中的、半悬空的方案。该方案一方面减少了石墨烯和栅结构表面贴合、提高了载流子迁移率，另一方面使石墨烯具有一定栅控能力，可用作场效应管器件。因此本专利技术实施例的石墨烯场效应管具有迁移率高、栅控能力良好的优点。在本专利技术的一个实施例中，衬底10的顶部表面可以为粗糙表面。具有一定粗糙度表面的衬底可以通过等离子增强化学气相沉积(PECVD)等工艺形成。该实施例中衬底顶部具有粗糙表面，在其上生长的栅结构顶部也随之为粗糙表面。有利于提高石墨烯薄膜中的迁移率。在本专利技术的一个实施例中，底层源极接触20a、底层漏极接触30a和栅金属层40的材料可以为Ti。在本专利技术的一个实施例中，顶层源极接触20b和顶层漏极接触30b的材料可以为Ti/Au。需要说明的是，底层源极接触20a和顶层源极接触20b共同形成了石墨烯场效应管的源极，底层漏极接触30a和顶层漏极接触30b共同形成了石墨烯场效应管的漏极。在本专利技术的一个实施例中，栅介质层50的材料可以为HfSi0N、Hf02或Al2O3等等。如图2所示，根据本专利技术实施例的石墨烯场效应管的形成方法可以包括以下步骤:S1.提供衬底。S2.在衬底之上形成底层源极接触、底层漏极接触和栅金属层，底层源极接触和底层漏极接触分别位于栅金属层的左右两侧，底层源极接触、底层漏极接触和栅金属层的材料相同且厚度相等。S3.在栅金属层之上形成栅介质层，栅介质层与栅金属层的接触界面为粗糙面。S4.在底层源极接触、底层漏极接触和栅介质层之上形成石墨烯薄膜。S5.在石墨烯薄膜之上形成顶层源极接触和顶层漏极接触，顶层源极接触与底层源极接触位置相对应，顶层漏极接触与底层漏极接触位置相对应。根据本专利技术实施例的石墨烯场效应管的形成方法中，形成的石墨烯薄膜被栅结构表面的凸点撑起，是一种折中的、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石墨烯场效应管，其特征在于，包括：衬底；底层源极接触、底层漏极接触和栅金属层，所述底层源极接触、所述底层漏极接触和所述栅金属层位于所述衬底之上，所述底层源极接触和所述底层漏极接触分别位于所述栅金属层的左右两侧，所述底层源极接触、所述底层漏极接触和所述栅金属层的材料相同且厚度相同；栅介质层，所述栅介质层位于所述栅金属层之上，所述栅介质层与所述栅金属层的接触界面为粗糙面；石墨烯薄膜，所述石墨烯薄膜位于所述底层源极接触、底层漏极接触和所述栅介质层之上；和顶层源极接触和顶层漏极接触，所述顶层源极接触位于所述石墨烯薄膜之上并且与所述底层源极接触位置相对应，所述顶层漏极接触位于所述石墨烯薄膜之上并且与所述底层漏极接触位置相对应。

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯场效应管，其特征在于，包括: 衬底； 底层源极接触、底层漏极接触和栅金属层，所述底层源极接触、所述底层漏极接触和所述栅金属层位于所述衬底之上，所述底层源极接触和所述底层漏极接触分别位于所述栅金属层的左右两侧，所述底层源极接触、所述底层漏极接触和所述栅金属层的材料相同且厚度相冋； 栅介质层，所述栅介质层位于所述栅金属层之上，所述栅介质层与所述栅金属层的接触界面为粗糙面； 石墨烯薄膜，所述石墨烯薄膜位于所述底层源极接触、底层漏极接触和所述栅介质层之上；和 顶层源极接触和顶层漏极接触，所述顶层源极接触位于所述石墨烯薄膜之上并且与所述底层源极接触位置相对应，所述顶层漏极接触位于所述石墨烯薄膜之上并且与所述底层漏极接触位置相对应。2.如权利要求1所述的石墨烯场效应管，其特征在于，所述衬底的顶部表面为粗糙表面。3.如权利要求1或2所述的石墨烯场效应管，其特征在于，所述底层源极接触、所述底层漏极接触和所述栅金属层的材料为Ti。4.如权利要求1-3所述的石墨烯场效应管，其特征在于，所述顶层源极接触和所述顶层漏极接触的材料为Ti/Au。5.如权利要求1-4所述的石墨烯场效应管，其特征在于，所述栅介质层的材料为HfSiON、HfO...

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