石墨烯場(chǎng)效應(yīng)器件的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種石墨烯場(chǎng)效應(yīng)器件的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]石墨烯是單原子層的石墨，是一種單層蜂窩晶體點(diǎn)陣上的碳原子組成的二維晶體，它具有許多優(yōu)良的力學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、光學(xué)特性。例如，石墨烯是迄今為止發(fā)現(xiàn)的最堅(jiān)硬的納米材料，具有超尚的熱導(dǎo)率和超尚的載流子遷移率，石墨稀具有尚度透明性，單層石墨烯可以吸收2.3%的垂直入射光。因此，石墨烯在電子器件，光電器件方面有廣泛的應(yīng)用前景。石墨烯器件的制備工藝是這些方面應(yīng)用的基礎(chǔ)，也是決定器件性能好壞的最重要環(huán)節(jié)。
[0003]目前，制備石墨烯場(chǎng)效應(yīng)器件的工藝多種多樣，并不統(tǒng)一，主要是石墨烯的工藝技術(shù)與半導(dǎo)體微加工平臺(tái)相結(jié)合的制備方法。制備出的石墨烯器件通常比較難保持其較好的本征特性，或具有隨機(jī)性的高摻雜。在制備工藝中如何保持石墨烯的優(yōu)良特性成為石墨烯器件加工領(lǐng)域的主要問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004](一 )要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0005]鑒于上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種石墨烯場(chǎng)效應(yīng)器件的制備方法，以在制備工藝中盡可能地保持石墨烯較好的本征特性。
[0006]( 二 )技術(shù)方案
[0007]本發(fā)明石墨烯場(chǎng)效應(yīng)器件的制備方法包括:步驟A:對(duì)硅基氧化硅襯底進(jìn)行無(wú)機(jī)清洗和有機(jī)清洗；步驟B:將石墨烯轉(zhuǎn)移到清洗后的硅基氧化硅襯底的上表面，使石墨烯與硅基氧化硅襯底結(jié)合；步驟C:采用電子束曝光方法在石墨烯上刻出石墨烯場(chǎng)效應(yīng)器件的源極和漏極的電極圖形；步驟D:采用電子束蒸發(fā)的方法在上述電極圖形內(nèi)沉積金屬電極；以及步驟E:去除多余金屬以及電子束曝光殘留的膠體，形成石墨烯場(chǎng)效應(yīng)器件的源極和漏極，由硅基氧化硅襯底背面的摻雜硅引出石墨烯場(chǎng)效應(yīng)器件的柵極，制備出石墨烯場(chǎng)效應(yīng)器件。
[0008](三)有益效果
[0009]從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明石墨烯場(chǎng)效應(yīng)器件的制備方法具有以下有益效果:
[0010](I)本發(fā)明通過(guò)特別設(shè)計(jì)的清洗步驟，保證了襯底良好的表面態(tài)，襯底的表面態(tài)對(duì)后期制備石墨烯場(chǎng)效應(yīng)器件的性能影響很大，通過(guò)本方案的實(shí)施，最終對(duì)石墨烯場(chǎng)效應(yīng)器件性能的提升產(chǎn)生積極作用；
[0011](2)本發(fā)明通過(guò)特別設(shè)計(jì)的金屬電極沉積條件，保證了金屬電極和石墨烯的良好結(jié)合，金屬電極與石墨烯電性結(jié)合的好壞對(duì)后期制備石墨烯場(chǎng)效應(yīng)器件的性能影響很大，通過(guò)本方案的實(shí)施，對(duì)石墨烯場(chǎng)效應(yīng)器件性能的提升產(chǎn)生積極作用。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例石墨烯場(chǎng)效應(yīng)器件的制備方法的流程圖；
[0013]圖2是依照本發(fā)明實(shí)施例制備出的石墨烯場(chǎng)效應(yīng)器件的顯微鏡圖片；
[0014]圖3是依照本發(fā)明實(shí)施例制備出的石墨烯場(chǎng)效應(yīng)器件的轉(zhuǎn)移曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0015]本發(fā)明提供了一種石墨烯場(chǎng)效應(yīng)器件制備方法。在該制備方法中，通過(guò)襯底清洗步驟、金屬電極沉積步驟等方面的改進(jìn)，在制備過(guò)程中盡可能保持了石墨烯優(yōu)良本征特性，能夠制備出了相比于現(xiàn)有技術(shù)性能更加良好的石墨烯場(chǎng)效應(yīng)器件。
[0016]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0017]在本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例中，提供了一種石墨烯場(chǎng)效應(yīng)器件的制備方法。圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例石墨烯場(chǎng)效應(yīng)器件制備方法的流程圖。如圖1所示，本實(shí)施例石墨烯場(chǎng)效應(yīng)器件的制備方法包括:
[0018]步驟A:對(duì)硅基氧化硅襯底進(jìn)行無(wú)機(jī)清洗和有機(jī)清洗；
[0019]本步驟中，無(wú)機(jī)清洗和有機(jī)清洗是分別進(jìn)行地，可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件合理安排兩者的順序。在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施例中，首先進(jìn)行無(wú)機(jī)清洗，而后再進(jìn)行有機(jī)清洗。
[0020]無(wú)機(jī)清洗步驟具體為:將硅基氧化硅襯底放入硫酸-雙氧水混合溶液中，加熱20分鐘以上；而后將混合溶液冷卻至室溫，取出硅基氧化硅襯底；最后用大量的去離子水沖洗該硅基氧化硅襯底，完成對(duì)該硅基氧化硅襯底的無(wú)機(jī)清洗。
[0021 ] 其中，硫酸-雙氧水混合溶液是由的濃硫酸與雙氧水按照體積比為3:1的比例混合而成。用150°C的熱板加熱硫酸-雙氧水混合溶液至沸騰，保持20分鐘，對(duì)硫酸-雙氧水混合溶液中的硅基氧化硅襯底進(jìn)行無(wú)機(jī)清洗。其中，雙氧水采用的是市售的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的雙氧水，濃硫酸采用市售的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%的硫酸。但兩者的濃度要求并不是很嚴(yán)格。
[0022]有機(jī)清洗的步驟具體為:用丙酮恒溫水浴對(duì)硅基氧化硅襯底進(jìn)行清洗，丙酮沸騰后保持5分鐘取出硅基氧化硅襯底，超聲2分鐘后再換新的丙酮重新對(duì)硅基氧化硅襯底進(jìn)行水浴清洗5分鐘，再超聲2分鐘；而后用乙醇恒溫水浴重復(fù)與丙酮水浴相同的過(guò)程；再后用大量去離子水沖洗硅基氧化硅襯底2分鐘，最后用氮?dú)獯蹈?，完成?duì)該硅基氧化硅襯底的有機(jī)清洗。
[0023]通過(guò)該特別設(shè)計(jì)的清洗步驟，保證了硅基氧化硅襯底良好的表面態(tài)，對(duì)后續(xù)石墨烯的轉(zhuǎn)移，石墨烯與該硅基氧化硅襯底的結(jié)合均會(huì)產(chǎn)生積極作用。
[0024]步驟B:采用機(jī)械剝離方法制備石墨烯并轉(zhuǎn)移到清洗后的硅基氧化硅襯底的上表面，得到高質(zhì)量無(wú)缺陷石墨烯且使石墨烯與硅基氧化硅襯底結(jié)合良好；
[0025]步驟C:采用電子束曝光方法在石墨烯上刻出石墨烯場(chǎng)效應(yīng)器件的源極和漏極的電極圖形；
[0026]其中，電子束曝光制備電極圖形的步驟為:
[0027]子步驟Cl:對(duì)帶有石墨烯的硅基氧化硅襯底進(jìn)行前烘，溫度采用熱板120°C，保持5分鐘；
[0028]子步驟C2:在帶有石墨烯的硅基氧化硅襯底上勻膠，膠體采用分子量為957K的4%濃度的PMMA，勻膠轉(zhuǎn)速采用4000rpm ；
[0029]子步驟C3:對(duì)膠體進(jìn)行前烘，前烘條件為熱板100°C保持90秒；
[0030]子步驟C4:電子束曝光，劑量倍數(shù)選擇1.6，顯影液采用MIBK: IPA = I: 3，顯影時(shí)間為35秒；
[0031]子步驟C5:定影，定影液采用IPA，定影時(shí)間為35秒，從而在石墨稀上刻出源極和漏極的電極圖形。
[0032]步驟D:采用電子束蒸發(fā)的方法在上述電極圖形內(nèi)沉積金屬電極；
[0033]所沉積電極種類可以為Ti/Au或Pt/Au等常規(guī)電極金屬元素，所述電子束蒸發(fā)由常規(guī)電子束蒸發(fā)設(shè)備完成，但需設(shè)定腔室溫度為常溫，并且腔室真空度保持在不低于KT5Pa0
[0034]申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)，金屬電極與石墨烯結(jié)合的好壞直接決定了后期石墨烯場(chǎng)效應(yīng)器件的性能，本發(fā)明通過(guò)特別設(shè)計(jì)的金屬電極沉積條件，保證了金屬電極和石墨烯的良好結(jié)合，對(duì)石墨烯場(chǎng)效應(yīng)器件性能的提升產(chǎn)生積極作用。