石墨烯場效應晶體管的制備及其性能研究.pdf

1、硅基微電子技術及其集成電路自其發(fā)展之初到現(xiàn)在，基本遵循著名的摩爾定律而飛速發(fā)展。然而，隨著微電子器件的特征尺寸不斷縮小并朝著納米方向發(fā)展時，傳統(tǒng)硅半導體將遇到難以逾越的發(fā)展瓶頸，無法滿足信息化時代的應用需求。尋找新型的半導體材料是一種可能的解決辦法。石墨烯以其獨特的性質，特別是電學性質，成為近年來的研究熱點，有望成為下一代新型主流半導體材料。然而，石墨烯作為導電溝道在晶體管方面的應用還存在一些未被解決的問題，主要有：大面積、高質量石墨烯

2、的制備；石墨烯帶隙的有效打開；器件寄生效應的有效抑制等。
　　1.基于機械剝離方法制備了高質量石墨烯，分別用光學顯微鏡、拉曼光譜、原子力顯微鏡等手段對其進行表征；在此基礎上制備了石墨烯場效應晶體管，并對其進行電學性能測試，器件表現(xiàn)出明顯的開關特性。
　　2.在頂柵結構的石墨烯場效應晶體管中，選擇 Al2O3作為頂柵氧化介質層。通過電子束蒸發(fā)鍍膜設備沉積3～4nm的Al，并將其自然氧化成Al2O3，該過程重復5～6次，最終形成

3、20～25nm的Al2O3作為頂柵介質層。該方法制備的Al2O3與石墨烯粘附性好，介電常數(shù)高，器件轉移特性曲線表現(xiàn)出明顯的場效應特性，具有較高的開關比。
　　3.分析了石墨烯層數(shù)和接觸類型影響金屬-石墨烯接觸電阻大小的機制，證明了側接觸比頂接觸有利于減小金屬-石墨烯的接觸電阻；提出了單層溝道多層接觸（SCMC）的器件模型，實驗制備出符合該結構的原型器件，證明 SCMC的器件結構既可以減小晶體管的接觸電阻，又可以使器件保持較高的開關