[发明专利]一种减小石墨烯材料与金属接触电阻的结构

说明书

技术领域

本发明涉及石墨烯材料与金属接触技术领域，尤其涉及一种减小石墨烯材料与金属接触电阻的结构。

背景技术

以碳材料为基的纳米电子学，尤其是石墨烯(Graphene)材料，由于其较高的载流子迁移率和饱和速度，及其二维平面结构可与传统的Si工艺集成，被认为具有极大的应用前景，极富潜力可替代硅基材料。自从2004年石墨烯被成功研制以来，石墨烯器件的研究取得了巨大进展。基于石墨烯的纳电子器件具有尺寸小、速度快、功耗低、工艺简单等特点，受到人们越来越广泛的关注。

在石墨烯的FET器件的发展过程中，栅介质以及石墨烯材料与金属的接触成为亟待解决的重要课题。在Si器件中，金属和硅的接触电阻率为10^-8Ω×cm²，而对于石墨烯器件而言，由于石墨烯材料具有更高的迁移率，接触电阻率为10^-9Ω×cm²才能体现出石墨烯材料高迁移率的特性。

金属与石墨烯材料的接触电阻主要分为两个部分，金属与石墨烯接触区域的电阻及接触区域与沟道区域石墨烯的电阻，其中，由于石墨烯的禁带宽度为0，当金属与石墨烯接触时，由于功函数差，接触区域的石墨烯与金属发生电子的转移，导致接触区域的石墨烯被掺杂，从而使得接触区域的石墨烯材料为n型或者p型。那么当栅压调控的沟道区的石墨烯的掺杂类型与接触区域石墨烯的掺杂类型不同时，将在导电的沟道中形成pn结，产生额外的电阻，破坏石墨烯场效应器件的对称性，增加石墨烯和金属的接触电阻。

当多层石墨烯材料与金属接触时，接触电阻和单层石墨烯与金属的接触电阻相同(Kosuke Nagashio，Jpn J Applied Physical，2010)。但是多层石墨烯中载流子的迁移率远小于单层石墨烯中载流子的迁移率。(Liu Guanxiong，Applied Physical Letters，100，033103(2012))。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种减小石墨烯材料与金属接触电阻的结构，以减小石墨烯与金属接触的电阻，从而有效的增加石墨烯FET器件的开态电流，提高器件的跨导和截止频率，并且改善石墨烯FET器件的不对称性。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种减小石墨烯材料与金属接触电阻的结构，该结构是在石墨烯材料与金属的接触区域使用多层石墨烯，在沟道区域使用单层石墨烯。

上述方案中，所述多层石墨烯在接触区域与金属或金属电极接触，多层石墨烯的层数在2～10层之间变化。所述多层石墨烯的层数为2层、3层、4层、5层、6层、7层、8层、9层或10层。

上述方案中，所述单层石墨烯作为导电沟道，保证沟道区载流子的高迁移率。

上述方案中，所述金属采用钛和金、铬和金、钯和金、镍和金或者铂和金。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：

1、本发明采用多层石墨烯与金属电极接触，能都有效的减少沟道区与接触区域石墨烯的接触电阻。

2、本发明采用单层石墨烯作为沟道材料，能够保证石墨烯载流子高迁移率的特性；

3、本发明方法在常规工艺流程中进行细微调整，不需要重新开发工艺，具备良好的可行性。

附图说明

图1至图5是依照本发明实施例制备石墨烯材料与金属接触电阻结构的示意图；

图6是依照本发明实施例制备的石墨烯材料与金属接触电阻结构的实物照片。

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。

本发明提供了一种减小石墨烯材料与金属接触电阻的结构，该结构是在石墨烯材料与金属的接触区域使用多层石墨烯，在沟道区域使用单层石墨烯。这样避免了接触区域石墨烯与沟道区石墨烯的势垒效应，减小了器件工作的开态电阻，从而有效的增加了石墨烯FET器件的开态电流，提高了器件的跨导和截止频率。

其中，所述多层石墨烯在接触区域与金属或金属电极接触，多层石墨烯的层数在2～10层之间变化，多层石墨烯的层数可以为2层、3层、4层、5层、6层、7层、8层、9层或10层。单层石墨烯作为导电沟道，保证沟道区载流子的高迁移率。金属可以采用钛和金、铬和金、钯和金、镍和金或者铂和金等。

实施例