一種基于石墨烯場效應管微區(qū)加熱的原位生長材料的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于半導體技術領域，特別是涉及一種基于石墨烯場效應管微區(qū)加熱的原位生長材料的方法及器件結構。
【背景技術】
[0002]自石墨烯問世以來，被發(fā)現(xiàn)具有其他碳家族成員所不具備的獨特的物理特性，如反常整數(shù)量子霍爾效應，本征石墨烯的有限電導，以及普適光電導等。利用這些有趣的物理特性，科研人員對石墨烯的電學性能的應用上做了大量的研宄，如光電器件，射頻晶體管，邏輯開關及存儲器件等，而對其電熱效應及其應用研宄較少。
[0003]用于微電子器件、光電子器件的新型半導體材料如ZnO、AlN、GaN等材料通常采用MOCVD，脈沖激光沉積，磁控濺射等手段制備時都需要較高的溫度，而常用的加熱方法是基于光學來加熱部件，包括激光加熱或者電子束加熱。所謂激光加熱利用連續(xù)激光器產(chǎn)生的激光，經(jīng)過聚焦產(chǎn)生高溫射束照射待加熱部件，使部件局部表面瞬間達到所需溫度。而電子束加熱利用高溫運動的電子轟擊待加熱部件的表面，使很高的動能迅速轉變?yōu)闊崮?，從而使部件局部迅速提高到所需的溫度。但是，這些加熱方法所使用的儀器龐大、操作也復雜，而且光斑的大小經(jīng)常會使加熱區(qū)域的尺寸不可控。
[0004]因此本申請?zhí)岢鲆环N基于石墨烯場效應管的微區(qū)加熱結構原位制備薄膜材料的方法。該方法制備的器件結構為薄膜材料-金屬電極-石墨烯-襯底，利用調(diào)節(jié)背柵電壓來實現(xiàn)石墨烯加熱達到不同材料生長所需的溫度，從而實現(xiàn)石墨烯上材料的原位生長。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]鑒于以上所述現(xiàn)有技術的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種基于石墨烯場效應管微區(qū)加熱的原位生長材料的方法，用于解決現(xiàn)有技術中進行材料制備時加熱步驟復雜、加熱區(qū)域不可控等問題。
[0006]為實現(xiàn)上述目的及其他相關目的，本發(fā)明提供一種基于石墨烯場效應管微區(qū)加熱的原位材料生長的方法，所述方法至少包括步驟:
[0007]I)制備基于石墨烯的場效應管，所述石墨烯具有窄邊微區(qū)結構，所述場效應管的背面設置有背柵；
[0008]2)在所述石墨烯兩端的電極之間加電壓源或電流源，通過調(diào)節(jié)背柵電壓來調(diào)制所述窄邊微區(qū)結構的電阻，使所述窄邊微區(qū)結構產(chǎn)生高溫；
[0009]3)在所述窄邊微區(qū)結構表面原位生長材料層。
[0010]可選地，所述步驟I)中制備基于石墨烯的場效應管的步驟至少包括:
[0011]1-1)提供一目標襯底；
[0012]1-2)將制備的石墨烯轉移到所述目標襯底的表面；
[0013]1-3)在所述石墨烯上依次旋涂第一光刻膠和第二光刻膠，對所述第一光刻膠進行曝光顯影之后，對所述第二光刻膠進行顯影以暴露石墨烯表面，所述第一光刻膠和第二光刻膠形成T型結構，在暴露的石墨烯表面沉積金屬層，形成電極；
[0014]1-4)采用電子束曝光工藝圖形化所述石墨烯，并通過氧化刻蝕工藝刻蝕所述石墨烯，從而形成具有窄邊微區(qū)結構的石墨烯薄膜。
[0015]1-5)在所述目標襯底的背面沉積金屬層形成背柵。
[0016]可選地，所述步驟1-2)中制備石墨烯的步驟為:
[0017]1-2-1)提供一生長襯底，對所述生長襯底進行拋光處理，并對所述生長襯底進行清洗；
[0018]1-2-2)將所述生長襯底置于反應腔中，對所述反應腔進行抽真空后通入H2氣并升溫至一定溫度，然后對所述生長襯底進行等離子體預處理；
[0019]1-2-3)保持通入4氣并通入CH4，采用等離子體增強化學氣相沉積法于所述生長襯底表面生長石墨烯薄膜。
[0020]可選地，所述窄邊微區(qū)結構所產(chǎn)生的高溫溫度范圍為100?1200°C。
[0021]可選地，所述窄邊微區(qū)結構的尺寸設置為50?200nm。
[0022]可選地所述石墨烯為規(guī)則且對稱的圖形。
[0023]可選地，所述石墨烯的圖形形狀為蛇型、啞鈴型或鏤空型。
[0024]可選地，在所述石墨烯兩端施加的電流范圍為1，0 < I彡0.2mA。
[0025]可選地，所述材料層為半導體材料層，所述的半導體材料層為ZnO、GaN、AlN、Sn02、AZO, MoS2、WS、GaS, GaP、ZnS, InAs, GaSb, CdSe, T12, PbS、CdS 中的一種。
[0026]本發(fā)明還提供一種利用上述方法獲得的器件結構，所述器件結構至少包括:
[0027]基于石墨烯的場效應管，所述石墨烯具有窄邊微區(qū)結構；
[0028]背柵，設置在所述場效應管的背面；
[0029]材料層，原位生長在所述窄邊微區(qū)結構表面。
[0030]可選地，所述基于石墨烯的場效應管的結構包括:目標襯底、制作于所述目標襯底上且具有窄邊微區(qū)結構的石墨烯、設置于所述石墨烯兩端表面上的電極。
[0031]可選地，所述窄邊微區(qū)結構的尺寸設置為50?200nm。
[0032]可選地，所述石墨烯為規(guī)則且對稱的圖形。
[0033]可選地，所述石墨烯的圖形形狀為蛇型、啞鈴型或鏤空型。
[0034]可選地，所述窄邊微區(qū)結構為陣列化圖形，在所述窄邊微區(qū)結構上原位生長的材料層的圖案與所述窄邊微區(qū)結構的圖案一致，也為陣列化圖形。
[0035]如上所述，本發(fā)明的基于石墨烯場效應管微區(qū)加熱的原位材料生長的方法，包括以下步驟:首先，制備基于石墨烯的場效應管，所述石墨烯具有窄邊微區(qū)結構，所述場效應管的背面設置有背柵；然后，在所述石墨烯兩端的電極之間加電壓源或電流源，通過調(diào)節(jié)背柵電壓來調(diào)制所述窄邊微區(qū)結構的電阻，使所述窄邊微區(qū)結構產(chǎn)生高溫；接下來，通入反應源，調(diào)節(jié)背柵電壓，使石墨烯加熱到材料生長需要的的溫度，實現(xiàn)石墨烯微區(qū)加熱的原位材料生長，本發(fā)明的基于石墨烯場效應管的微區(qū)加熱原位生長材料方法，操作簡單，可以實現(xiàn)基于不同尺寸的微區(qū)高溫加熱的前提下，原位生長半導體材料，材料生長區(qū)域形狀可控。另夕卜，微區(qū)加熱原位生長材料的制備方法簡單，與現(xiàn)有的MOS工藝兼容，便于大規(guī)模陣列及圖形化制備，均勻性好。
【附圖說明】
[0036]圖1為本發(fā)明基于石墨烯場效應管微區(qū)加熱的原位生長材料的方法的流程示意圖。
[0037]圖2為本發(fā)明基于石墨烯場效應管微區(qū)加熱的原位生長材料的方法中刻蝕石墨烯前的結構剖視圖。
[0038]圖3為本發(fā)明基于石墨烯場效應管微區(qū)加熱的原位生長材料的方法中刻蝕石墨烯前的結構立體圖。
[0039]圖4a為本發(fā)明器件結構中石墨烯為啞鈴狀結構的俯視圖。
[0040]圖4b為圖4的結構進行通電加熱后的結構俯視圖。
[0041]圖5a為本發(fā)明器件結構中石墨烯為圓環(huán)形結構的俯視圖。
[0042]圖5b為本發(fā)明器件結構中石墨烯為方環(huán)形結構的俯視圖。
[0043]圖6為本發(fā)明器件結構中石墨烯為蛇形結構的俯視圖。
[0044]圖7a為本發(fā)明器件結構中石墨烯為一種類“目”字型結構的俯視圖。
[0045]圖7b為本發(fā)明器件結構中石墨烯為另一種類“目”字型結構的俯視圖。
[0046]圖8為基于石墨烯場效應管微區(qū)加熱的器件結構示意圖。
[0047]元件標號說明
[0048]SI ?S2 步驟
[0049]I 襯底
[0050]2 石墨烯
[0051]21 窄邊微區(qū)結構
[0052]3 電極
[0053]4 背柵
[0054]5 材料層
【具體實施方式】
[0055]以下通過特定的具體實例說明本發(fā)明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的【具體實施方式】加以實施或應用，本說明書中的各項細節(jié)也可以基于不同觀點與應用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進行各種修飾或改變。
[0056]請參閱附圖。需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發(fā)明的基本構想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關的組件而非按照實際實施時的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實際實施時各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復雜。
[0057]實施例一
[005