[发明专利]柔性石墨烯场效应晶体管及制备方法

说明书

本发明涉及晶体管加工技术领域，具体涉及石墨烯场效应晶体管集成器件及制备方法，包括以下步骤：提供基片的步骤，基片固定在衬底上；利用热蒸镀的方式在基片上形成栅极；利用ALD原子层沉积镀膜的方法在栅极上依次形成一层Ti成核层和HfO₂栅极介电层；在HfO₂栅极介电层上利用印章法转移石墨烯，得到石墨烯层；利用掩膜版光刻的方式在石墨烯层上制备得到源极和漏极；利用ALD原子层沉积镀膜的方法在石墨烯层上形成包覆层，源极和漏极露出包覆层；将基片与衬底剥离，得到石墨烯场效应晶体管；利用掩膜版光刻的方式通过金属层分别将至少两个石墨烯场效应晶体管进行串联和/或并联。本发明克服了现有石墨烯场效应晶体管器件性能不均匀性的问题。

技术领域

本发明涉及晶体管制造技术领域，具体涉及一种柔性石墨烯场效应晶体管及制备方法。

背景技术

石墨烯作为最早发现的二维半导体纳米材料，由于其特殊的电子特性，吸引了大量的研究。随着石墨烯纳米片高质量合成的进展，柔性材料为基底的石墨烯场效应晶体管电子器件得到了广泛的研究。

在此，追求高性能跨导放大的柔性石墨烯场效应晶体管器件已成为超硅纳米电子学领域的研究热点。虽然石墨烯的带隙缺失限制了其开关电流比性能和在数字集成电路系统中的应用，但石墨烯场效应晶体管器件在模拟信号处理方面仍具有巨大的潜力。石墨烯场效应晶体管器件中的电流饱和现象在某种程度上类似于传统硅MOSFET中的电流饱和现象，按照硅基模拟IC的路线图实现多柔性石墨烯场效应晶体管器件集成将是一条合乎逻辑的路径。然而，到目前为止，相关的研究仍然很少，并且大多局限于将单个柔性石墨烯场效应晶体管器件与几个辅助组件集成在一起，例如电阻器、电感器或天线等。

在实际的研究过程中，经过大量的数据研究发现，石墨烯场效应晶体管器件的性能不均匀性是导致了上述的问题出现。由于石墨烯的原子形态暴露了所有的碳原子，环境中的空气、水分以及其他杂质会污染石墨烯中的碳原子，这些污染物容易导致石墨烯表面甚至整个石墨烯层都会出现无法预测的特性退化，进而导致了石墨烯层出现不均匀，十分影响石墨烯层的导电效果。因此，即使对于批量制造的柔性石墨烯场效应晶体管器件，集成后石墨烯场效应晶体管器件之间的不均匀性也导致多柔性石墨烯场效应晶体管器件集成的结果与原始设计不一致。

发明内容

为了克服现有技术的不足之一，本发明的目的在于提供一种柔性石墨烯场效应晶体管及制备方法，本柔性石墨烯场效应晶体管及制备方法克服了石墨烯场效应晶体管器件性能均匀性的问题，便于批量制备具有高均匀性和长期稳定性的石墨烯场效应晶体管。

为解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

石墨烯场效应晶体管集成器件的制备方法，包括

提供基片的步骤，提供具有柔性的基片，所述基片固定在衬底上；

栅极制备步骤，利用热蒸镀的方式在所述基片上形成栅极；

栅极介电层制备步骤，利用ALD原子层沉积镀膜的方法在所述栅极上依次形成一层Ti成核层和HfO₂栅极介电层；

石墨烯层制备步骤，在所述HfO2栅极介电层上利用印章法转移石墨烯，得到石墨烯层；

源极和漏极制备步骤，利用掩膜版光刻的方式在石墨烯层上制备得到源极和漏极；

包覆层制备步骤，利用ALD原子层沉积镀膜的方法在所述石墨烯层上形成包覆层，所述源极和漏极露出所述包覆层；

石墨烯集成器件制备步骤，将所述包覆层制备步骤所得的基片与所述衬底剥离，得到石墨烯场效应晶体管；利用掩膜版光刻的方式通过金属层分别将至少两个所述石墨烯场效应晶体管进行串联和/或并联，连接方式为同一所述石墨烯场效应晶体管上的所述栅极与所述源极连接，一个所述石墨烯场效应晶体管上的所述栅极与另一个所述石墨烯场效应晶体管上的所述漏极连接。