[发明专利]一种基于栅介质结构的石墨烯场效应器件及其制备方法

摘要

本发明提供一种基于栅介质结构的石墨烯场效应器件及其制备方法，该石墨烯场效应器件包括：具有栅电极沟槽的衬底；形成于所述栅电极沟槽中的栅电极；Al2O3介电薄膜层，位于所述栅电极沟槽中的栅电极表面，且Al2O3介电薄膜层表面与衬底表面齐平；覆盖于所述Al2O3介电薄膜层和衬底表面的BN薄膜层；形成于所述BN薄膜层上方的石墨烯；设置在所述石墨烯上方的源电极和漏电极，所述源电极和漏电极分别与石墨烯电性连接。本发明制备的BN薄膜层与Al2O3介电薄膜层共同构成新型的栅介质结构，有效保持了石墨烯中固有载流子的高迁移率，增强栅极的场效应作用，适用于石墨烯基高射频器件及碳基大规模集成电路制造领域。

主权项

一种基于栅介质结构的石墨烯场效应器件的制备方法，其特征在于，所述制备方法至少包括：1）提供一衬底，刻蚀所述衬底形成栅电极沟槽；2）在所述衬底表面沉积金属Al材料，并使所述金属Al材料填充于所述栅电极沟槽；3）采用抛光工艺抛除所述栅电极沟槽外的金属Al材料，使所述衬底表面与栅电极沟槽内金属Al材料表面齐平，所述沟槽内的金属Al材料为栅电极；4）通入O2使所述金属Al材料表面氧化，形成致密的Al2O3介电薄膜层，刻蚀所述Al2O3介电薄膜层，露出部分金属Al作为栅电极接触；5）采用等离子体增强化学气相沉积工艺在步骤4）的结构表面制备BN薄膜层，刻蚀所述BN薄膜层，露出栅电极；6）在所述BN薄膜层表面形成石墨烯，刻蚀所述石墨烯形成导电沟道。7）在所述石墨烯表面制备形成源电极和漏电极，形成基于Al2O3‑BN新型栅介质结构的石墨烯场效应器件结构，其中，所述源电极和漏电极分别与石墨烯电性连接。