[发明专利]单层氟化石墨烯的肖特基二极管及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种制备单层氟化石墨烯肖特基二极管的方法，其特征在于，包括：

（1）在硅衬底上形成SiO₂层，并在所述SiO₂层上形成单层石墨烯；

（2）在所述单层石墨烯上形成第一光刻胶层，并利用电子束光刻法将所述第一光刻胶层显影成微米宽的光刻胶条带；

（3）利用氧等离子体环境去除未被所述光刻胶条带覆盖的单层石墨烯，以便得到单层石墨烯条带；

（4）在所述单层石墨烯条带上方和所述单层石墨烯条带未覆盖的区域形成第二光刻胶层，利用电子束光刻法控制所述第二光刻胶层的形状，以便将所述单层石墨烯条带形成为两个面积不等的裸露图案；

（5）采用电子束物理气相沉积法在所述裸露图案上形成金属电极层，并去除所述第二光刻胶层；

（6）在未形成电极层的单层石墨烯上方和所述电极层区域外形成第三光刻胶层，并利用电子束光刻法将位于所述电极层边缘区域外且邻近所述电极层边缘的所述第三光刻胶层显影出刻蚀窗口，以便裸露出刻蚀窗口处的SiO₂层；

（7）利用氢氟酸溶液刻蚀掉裸露出的SiO₂层，以便裸露出位于刻蚀窗口处的硅衬底；

（8）利用二氟化氙气体刻蚀掉裸露出的和位于所述电极层下方的硅衬底，使所述电极层下方形成沟槽，位于所述沟槽区域的所述电极层、所述单层石墨烯层和所述SiO₂层叠层结构悬空；

（9）去除位于所述单层石墨烯上方的光刻胶层和位于所述单层石墨烯下方的SiO₂层，以便得到石墨烯芯片；

（10）利用二氟化氙气体对所述石墨烯芯片中的单层石墨烯进行氟化，以便在电极和氟化石墨烯界面形成肖特基势垒，得到单层氟化石墨烯肖特基二极管。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，至少满足以下条件之一：

步骤（4）中，直接在所述光刻胶条带上和所述单层石墨烯条带未覆盖的区域形成第二光刻胶层；或者，预先去除所述光刻胶条带，再在所述单层石墨烯条带上和所述单层石墨烯条带未覆盖的区域形成第二光刻胶层；

步骤（6）中，在所述单层石墨烯上、所述电极层上以及未形成所述单层石墨烯和所述电极层的区域形成第三光刻胶层。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（5）进一步包括：采用电子束物理气相沉积法预先在所述裸露图案上形成粘结层，再在所述粘结层上形成金属电极层；

任选地，所述粘结层为铬层，所述金属电极层为金层；

任选地，所述粘结层的厚度为5~15nm，所述金属电极层的厚度为50~150nm。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，至少满足步骤（6）和步骤（8）中的以下操作之一：

步骤（6）进一步包括：在位于所述电极层边缘区域外且邻近所述电极层边缘的所述第三光刻胶层处预留非刻蚀区，以便利用所述非刻蚀区的SiO₂层支撑所述肖特基二极管；

任选地，位于所述电极层下方且与所述非刻蚀区的SiO₂层相连的SiO₂层的至少一部分未被刻蚀，所述非刻蚀区的SiO₂层和位于所述电极层下方未被刻蚀的SiO₂层共同组成所述肖特基二极管的支撑区，位于所述电极层下方未被刻蚀的SiO₂层与所述电极层接触且不与所述单层石墨烯接触；

步骤（8）进一步包括：在所述沟槽区域形成支撑区，以便支撑所述肖特基二极管；

任选地，所述支撑区包括未被刻蚀的硅衬底和二氧化硅层，所述支撑区与所述电极层接触且不与所述单层石墨烯接触。