[发明专利]场效应晶体管及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及微电子技术领域，尤其涉及一种场效应晶体管及其制备方法。

背景技术

由单层到少数几层碳原子构成、具有二维蜂窝状结构的石墨烯(Graphene)最早是由英国曼彻斯特大学的天文物理学教授Andre Geim领导的研究组于2004年发现并制备的，该成果发表在《Science》【306，666-669(2004)】，它是世界上已知最薄的物质，他的荷载流子显示固有的巨大的迁移率，悬浮石墨烯在低温下有很高的本征载流子迁移率，超过200000cm²/Vs(见《Solid State communication》【146，351(2008)】)，被认为是最有希望替代硅半导体延续摩尔定律的新型材料。

在实现本发明的过程中，发明人意识到现有技术存在如下缺陷：采用Si作为沟道材料的场效应晶体管不能满足在对其速度越来越高，尺寸越来越小的需求。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对现有技术中存在的上述问题，本发明提出了一种场效应晶体管及其制备方法，以提高新型晶体管中本征载流子的迁移率。

(二)技术方案

本发明公开了一种场效应晶体管，包括：绝缘衬底；石墨烯沟道区，形成于绝缘衬底的上方；顶栅区，形成于石墨烯沟道区的上方；源接触电极和漏接触电极，形成于绝缘衬底的上方，石墨烯沟道区的两侧，源接触电极和漏接触电极分别与石墨烯沟道区接触。

此外，本发明还公开了一种场效应晶体管的制备方法，包括：制备绝缘衬底；用微机械的方法制备石墨烯，并将石墨烯转移至绝缘衬底上，形成石墨烯沟道区；在石墨烯沟道区上制备栅介质层；在绝缘衬底上，石墨烯沟道区的两侧制备与石墨烯沟道区接触的源/漏接触电极；在栅介质层上方制备栅电极层。

(三)有益效果

由于石墨烯材料具有巨大的载流子迁移率，因此，利用石墨烯作为沟道区材料的场效应晶体管可以大幅度提高场效应晶体管的速度。

附图说明

图1为本发明实施例场效应晶体管的示意图；

图2为本发明实施例场效应晶体管制备方法中形成二氧化硅绝缘层后的样品结构示意图；

图3为本发明实施例场效应晶体管制备方法中形成石墨烯沟道区后的样品结构示意图；

图4为本发明实施例场效应晶体管制备方法中形成栅介质后的样品结构示意图；

图5为本发明实施例场效应晶体管制备方法中匀胶后的结构示意图；

图6为本发明实施例场效应晶体管制备方法中曝光显影后的结构图；

图7为本发明实施例场效应晶体管制备方法中将预设部分的栅介质刻蚀后的样品结构示意图；

图8为本发明实施例场效应晶体管制备方法中蒸镀完金属后的结构图示意图；

图9为本发明实施例场效应晶体管制备方法中剥离掉沟道区上面的金属形成源漏接触电极后的样品结构示意图；

图10为本发明实施例场效应晶体管制备方法中形成顶栅电极后的样品结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

本发明公开了一种场效应晶体管，包括：绝缘衬底；石墨烯沟道区，形成于绝缘衬底的上方；顶栅区，形成于石墨烯沟道区的上方；源接触电极和漏接触电极，形成于绝缘衬底的上方，石墨烯沟道区的两侧，源接触电极和漏接触电极分别与石墨烯沟道区接触。

由于石墨烯材料具有巨大的载流子迁移率，因此，利用石墨烯作为沟道区材料的晶体管可以大幅度提高场效应晶体管的速度。

在进一步的实施例中，石墨烯沟道区包括：单层石墨烯，单层石墨烯厚度介于0.35nm到0.8nm之间；或双层石墨烯，双层石墨烯厚度介于0.8nm到1.2nm之间；或者多层的石墨烯，多层石墨烯厚度介于1.2nm到1.8nm之间。石墨烯为采用微机械剥离的方式制备，并转移至绝缘衬底的。优选地，石墨烯为使用胶带从高定向热解石墨上剥离，并转移至绝缘衬底的。