[发明专利]石墨烯电子器件及其制造方法

说明书

技术领域

示范性实施例涉及石墨烯电子器件及其制造方法。

背景技术

具有2维六边形碳结构的石墨烯是能够替代半导体的材料。石墨烯是零带隙半导体，在室温下具有100000cm²V^-1s^-1的载流子迁移率，其是传统硅的载流子迁移率的大约100倍。因此，石墨烯可以应用于更高速度操作的器件例如射频(RF)器件。

当石墨烯纳米带(GNR)具有10nm或更小的沟道宽度时，带隙可以由于尺寸效应而形成在GNR中。因而，可以利用GNR来制造能够在室温下操作的场效应晶体管。石墨烯电子器件指的是利用石墨烯的电子器件例如场效应晶体管。当石墨烯电子器件通过将石墨烯转移到衬底上来制造时，石墨烯可能被损坏。

发明内容

示范性实施例提供了制造石墨烯电子器件的方法，其中通过在衬底上直接生长石墨烯之后在去除石墨烯下面的金属催化剂层之前在石墨烯与光致抗蚀剂之间形成金属保护层，防止或阻碍了石墨烯接触光致抗蚀剂。额外的方面将部分阐述于后面的描述中，并将部分地从该描述变得显然，或者可以通过实践示范性实施例而习得。

根据示范性实施例，一种石墨烯电子器件可以包括：栅极氧化物，在导电衬底上，该导电衬底配置为用作栅极电极；一对第一金属，在该栅极氧化物上，该对第一金属彼此分隔开；石墨烯沟道层，在该对第一金属之间且在该对第一金属上延伸；以及源极电极和漏极电极，在该石墨烯沟道层的两边缘上。

源极电极和漏极电极可以由Au形成。源极电极和漏极电极可以形成为具有从约10nm至约1000nm范围内的厚度。石墨烯沟道层可以是单层石墨烯或双层石墨烯。第一金属可以是双层金属层。第一金属可以是Cu/Ni层或Au/Ni层。

根据示范性实施例，一种石墨烯电子器件可以包括：一对第一金属，在衬底上，该对第一金属彼此分隔开；石墨烯沟道层，在该对第一金属之间且在该对第一金属上延伸；源极电极和漏极电极，在该石墨烯沟道层的两边缘上；栅极氧化物，覆盖源极电极与漏极电极之间的石墨烯沟道层；以及栅极电极，在源极电极与漏极电极之间的石墨烯沟道层上。

根据示范性实施例，一种制造石墨烯电子器件的方法可以包括：在导电衬底上形成栅极氧化物，该导电衬底配置为用作栅极电极；在栅极氧化物上形成第一金属层，该第一金属层配置为用作催化剂层；在第一金属层上形成石墨烯层；在石墨烯层上形成金属保护层；利用第一光致抗蚀剂图案依次图案化金属保护层、石墨烯层和第一金属层；以及通过利用第二光致抗蚀剂图案湿法蚀刻金属保护层和第一金属层来暴露沟道形成区域中的石墨烯层。

石墨烯层可以通过感应耦合等离子体化学气相沉积(ICP-CVD)在从约550℃至约650℃范围内的温度形成。用第二光致抗蚀剂图案来图案化金属保护层可以包括形成源极电极和漏极电极，且石墨烯电子器件可以是场效应晶体管。

根据示范性实施例，一种形成石墨烯电子器件的方法可以包括：在衬底上形成第一金属层，该第一金属层配置为用作催化剂层；在第一金属层上形成石墨烯层；在石墨烯层上形成金属保护层；利用第一光致抗蚀剂图案依次图案化金属保护层、石墨烯层和第一金属层；通过利用第二光致抗蚀剂图案湿法蚀刻金属保护层和第一金属层来暴露沟道形成区域中的石墨烯层；形成覆盖所暴露的石墨烯层的栅极氧化物；以及在栅极氧化物上形成栅极电极。

附图说明

从以下结合附图对示范性实施例的描述，这些和/或其他方面将变得显然并更易于理解，在附图中：

图1是根据示范性实施例的石墨烯电子器件的结构的示意性截面图；

图2是图1的石墨烯电子器件的平面图；

图3是根据示范性实施例的石墨烯电子器件的结构的示意性截面图；

图4是图3的石墨烯电子器件的平面图；

图5A至5D是示出根据示范性实施例的制造石墨烯电子器件的方法的截面图；以及

图6A至6E是示出根据示范性实施例的制造石墨烯电子器件的方法的截面图。

具体实施方式

现在将详细参照示范性实施例，其示例示于附图中，其中为了清晰，层和区域的厚度被夸大，相似的附图标记用于始终指示基本相同的元件，将不重复其描述。