石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備與摻雜方法研究.pdf

1、石墨烯是一種新型的二維納米材料，具有出色的電學(xué)性能，理論上載流子遷移率可以達(dá)到200000 cm2/(V?s)，是硅中電子遷移率的近200倍。完美的晶格結(jié)構(gòu)使得本征石墨烯中的電子傳輸幾乎不受散射，費(fèi)米速度接近光速的三百分之一。出色的性能使得石墨烯在很多方面都有潛在應(yīng)用，例如傳感器、晶體管等。
　　本文基于傳統(tǒng)濕法轉(zhuǎn)移工藝建立了適合于實(shí)驗(yàn)室操作的石墨烯濕法轉(zhuǎn)移工藝標(biāo)準(zhǔn)流程，有效解決了轉(zhuǎn)移過(guò)程中的石墨烯破損、背面殘留石墨烯等問(wèn)題。針對(duì)

2、石墨烯轉(zhuǎn)移中易出現(xiàn)的殘膠問(wèn)題，建立了PMMA覆蓋率指數(shù)（CovPRP）對(duì)殘膠量進(jìn)行定量表征，通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究了后烘溫度對(duì)石墨烯殘膠的影響。研究發(fā)現(xiàn)后烘溫度越高PMMA覆蓋率指數(shù)（CovPRP）越大，另外，AFM掃描也顯示后烘以后石墨烯表面殘膠量增大。在此基礎(chǔ)上提出了能有效減少殘膠的Heat-Free-Transfer工藝，該工藝在濕法轉(zhuǎn)移工藝標(biāo)準(zhǔn)流程的基礎(chǔ)上摒棄了后烘工藝過(guò)程，同時(shí)對(duì)濕法去膠工藝進(jìn)行調(diào)整，最終獲得了結(jié)構(gòu)完整，質(zhì)量均勻，殘膠量

3、少的石墨烯樣片。
　　在完成石墨烯轉(zhuǎn)移的基礎(chǔ)上進(jìn)行了兩種器件的制備。一種是背柵結(jié)構(gòu)的石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管（GFET），這種背柵 GFET采用重?fù)诫s的硅作為背柵電極；另一種是埋柵結(jié)構(gòu)的射頻GFET，采用電子束光刻定義柵條寬度為80nm，30nm氧化鉿HfO2做柵介質(zhì)，鈦/金做源漏電極。電學(xué)測(cè)試發(fā)現(xiàn)兩種GFET的狄拉克點(diǎn)電壓VDirac都大于+30V，石墨烯為P型摻雜狀態(tài)。利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)試射頻GFET的S參數(shù)并進(jìn)行到h21的轉(zhuǎn)換，

4、獲得器件截止頻率為1.09Ghz，去除器件寄生參數(shù)后的截止頻率達(dá)到4.5Ghz。
　　為了利用Si3N4對(duì)石墨烯進(jìn)行摻雜，首先確定了適合于在石墨烯上生長(zhǎng)氮化硅薄膜的PECVD參數(shù)：功率10W，溫度200℃，壓強(qiáng)55Pa，SiH440sccm/NH340sccm，N2150sccm。按照此參數(shù)氮化硅沉積速率可以控制在1μ/s以下，然后在背柵GFET上沉積25nm Si3N4薄膜對(duì)石墨烯進(jìn)行摻雜。拉曼光譜表征發(fā)現(xiàn)沉積Si3N4后石墨烯