[发明专利]石墨烯场效应管的制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体技术，特别是涉及一种石墨烯场效应管的制作方法。

背景技术

石墨烯是由单层碳原子紧密堆积成二维蜂窝状晶格结构的一种碳质新材料，是构建其他维度碳质材料（如富勒烯、碳纳米管、石墨）的基本单元。具有载流子迁移率高和禁带宽度可调控以及热导率高等半导体电学特性，同时其薄膜形态与当前的硅平面工艺兼容且能够大规模集成，可能成为超越和取代硅基CMOS的新一代半导体材料之一。然而石墨烯零带隙的结构限制了它在电子学领域中的应用。理论和实验研究表明石墨烯纳米带具有的量子限域效应及边缘效应会引起石墨烯纳米带的带隙的宽度依赖效应。在电子应用中，小于5nm的石墨烯纳米带在室温下显示出具有足够大的带隙应用于高开关比的FET器件中。迄今为止，有很多方法来制备石墨烯纳米带，如裁剪碳纳米管法等。

碳纳米管可以看做是石墨烯片层卷曲而成，按照石墨烯片的层数可分为：单壁碳纳米管（或称单层碳纳米管，Single-walled Carbon nanotubes,SWCNTs）和多壁碳纳米管（或多层碳纳米管，Multi-walled Carbon nanotubes,MWCNTs）。碳纳米管具有独特的拓扑结构、极高的机械强度、良好的导电性能等众多优异而独特的光学、电子特性和机械性能，因而在纳米电子方面有着非常重要的用途，是场效应晶体管和单电子器件的一种具有发展前途的重要材料。

单壁碳纳米管所具有的独特电特性及尺度特性，使它成为研制新型电子单元器件的首选材料。因此，基于SWCNTs的纳米器件的技术研究已成为国际科学技术前沿热点之一。而目前，基于SWCNTs的纳米器件的制作技术基本上仍处于实验室阶段，现有典型装配技术还无法实现可规模化、低成本生产，这种技术现状仍然是制约纳电子器件研究和应用所面临的挑战性问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种石墨烯场效应管的制作方法，用于解决现有技术中基于SWCNTs的纳米器件的制作技术无法实现可规模化、低成本生产的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种石墨烯场效应管的制作方法，所述石墨烯场效应管的制作方法至少包括：

提供半导体衬底，所述半导体衬底表面形成有二氧化硅层；

在所述半导体衬底上形成浮动电势交流介电泳结构，所述浮动电势交流介电泳结构包括：

第一电极部、第二电极部和第三电极部，其中第一电极部至少包括一第一子电极，第二电极部至少包括一第二子电极和子电极连接线，所述子电极连接线贯穿连接所有所述第二子电极，第三电极部至少包括一第三子电极，所述第一子电极和第二子电极，第二子电极和第三子电极的顶端分别一一相对；

在所述半导体衬底和浮动电势交流介电泳结构的表面形成碳纳米管悬浮液；

利用交流介电泳工艺使得每一相对的第二子电极和第三子电极之间连接一碳纳米管；

利用溅射工艺在所述半导体衬底和碳纳米管上形成金属层；

腐蚀所述金属，同时破坏与所述金属连接的碳纳米管的上表面结构，以在所述第二子电极与第三子电极之间的半导体衬底上形成石墨烯纳米带。

优选地，所述溅射工艺中，包括采用Ar+离子束进行轰击靶板，并设置合适的溅射参数保证所述Ar+离子束的能量大于50eV。

优选地，所述溅射工艺中，溅射的金属为Au、Al、Ti、Ni、Y、Nb、Rh、Pd、Ag或Zn。

优选地，所述利用溅射工艺在所述半导体衬底和碳纳米管上形成金属层的步骤中，所述溅射的金属为Zn，抽真空至真空度为3×10^-6Torr，Ar的流量为100sccm，气压为10mTorr，射频功率为50W，溅射的时间为2min。

优选地，在所述溅射之前，还包括进行10min的预溅射。

优选地，所述交流介电泳工艺中，在所述第二电极部和半导体衬底之间施加交流电。

优选地，所述交流电压的幅值为5V～15V，频率为1MHZ～5MHZ；施加交流电压的时间为1min～5min。

优选地，所述碳纳米管的直径为0.6nm～2nm。

优选地，所述碳纳米管的悬浮液的制备工艺包括：

将单壁碳纳米管原材料分散到十二烷基本磺酸钠中，形成碳纳米管和十二烷基本磺酸钠的混合物；

采用离心机将所述碳纳米管和十二烷基本磺酸钠的混合物进行离心。

优选地，所述将单壁碳纳米管原材料分散到十二烷基本磺酸钠介质中的工艺采用高速搅拌器进行。