[实用新型]一种石墨烯纳米带场效应晶体管

说明书

技术领域

本实用新型涉及场效应晶体管技术领域，特别涉及一种石墨烯纳米带场效应晶体管。 

背景技术

石墨烯作为一种二维材料在其本征状态下具有极高的迁移率和并且由于其透明特性可以被用作光采集材料来使用，但在实际应用中，石墨烯的使用却存在着致命的缺陷：(1)在做成实际的场效应器件之后由于电离杂质的散射和表面声子散射，石墨烯场效应器件的沟道迁移率急剧下降以至于其高迁移率的优势不复存在；(2)更严重的是，本征的石墨烯没有禁带，需要形成禁带所需施加的电场或者应力也进一步使沟道的迁移率下降。 

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型的目的在于提供一种石墨烯纳米带场效应晶体管，以解决现有技术中的问题。 

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案如下： 

一种石墨烯纳米带场效应晶体管，其特征在于，包括衬底、沟道层、HfO₂材质的底栅介质层、HfO₂材质的顶栅介质层、源电极、漏电极和顶栅电极，所述沟道层为采用石墨烯纳米带制成的沟道层，所述顶栅介质层和底栅介质层分别位于沟道层的上方和下方，衬底位于底栅介质层的下方，源电极和漏电极分别位于沟道层的两端，顶栅电极位于顶栅介质层上，所述沟道层的宽度小于10nm。 

在本实用新型的一个优选实施例中，所述底栅介质层和顶栅介质层的厚度为30nm。 

本实用新型的开关电流比高达10⁷，沟道电子的迁移率达到300。 

本实用新型的特点可参阅本案图式及以下较好实施方式的详细说明而获 得清楚地了解。 

附图说明

图1为本实用新型的石墨烯纳米带场效应晶体管的示意图。 

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例进一步阐述本实用新型。 

如图1所示，一种石墨烯纳米带场效应晶体管，包括衬底110、沟道层130、底栅介质层120、顶栅介质层140、源电极150、漏电极160和顶栅电极170，顶栅介质层140和底栅介质层120分别位于沟道层130的上方和下方，衬底110位于底栅介质层120的下方，源电极150和漏电极160分别位于沟道层的两端，顶栅电极170位于顶栅介质层140上。 

其中，沟道层为采用石墨烯纳米带制成的沟道层，沟道层的宽度小于10nm。构成顶栅电极的材料为Cr/Au或Ti/Au。底栅介质层和顶栅介质层的厚度为30nm。构成源电极、漏电极的材料为Au或Au/Ti。 

底栅介质层120、顶栅介质层140均是采用HfO₂(二氧化铪)作为栅介质。对于主流的逻辑应用，可以将石墨烯纳米带(GNR)的宽度限制在10nm以下，使石墨烯在室温下具有足够大的禁带以实现足够高的开关电流比。由于用离子刻蚀所产生的石墨烯纳米带的边缘不光滑，所以在本专利中采用液相制备的方法来制备石墨烯纳米带(GNR)，在制备的过程中的超声是稳定的悬浮石墨烯片变成更小片的主要原因。在超声过程中，声化学作用和炙热的气泡导致了石墨烯变成为不同的结构。 

在Sio₂衬底上，石墨烯中的载流子迁移率主要受到界面态、杂质、表面悬挂键和表面光学声子的限制。同时，这些界面态、杂质和悬挂键会导致石墨烯薄膜在Dirac点附近出现二维电子气的非均匀分布以及掺杂效应，从而破坏Dirac点附近的电中性。而研究表明，对于薄的纳米结构，电离杂质散射可以在其周围使用High-K介质减弱，杂质散射的减少是由于High-k介质的应用而使库仑散射的减少。 

该石墨烯纳米带场效应晶体管的制备方法，包括以下步骤： 

(1)先将低阻硅衬底上自然形成的SiO₂层111腐蚀掉，然后再利用原子层淀积方法制作30nm厚的HfO₂层作为底栅介质层。在衬底上采用原子层淀积方法制作一层Hfo₂层作为底栅介质层；具体方法为：将金属Hf的预置容器加热到75～90℃的范围内，此时其蒸汽压约为0.05托，将H₂O的预置容器保持在室温下，其蒸汽压为20T。淀积HfO₂时，每个循环包括1个金属Hf蒸汽脉冲和2个H₂O蒸汽脉冲，它们的持续时间都为1s。接着是5s的Hf蒸汽漂洗和10s的H₂O蒸汽漂洗。每个循环的生长率约为0.19nm，反应压力保持在90mTorr，用高纯度的氮气作为载气和洗涤气体。 

(2)制备石墨烯纳米带：