石墨烯場效應(yīng)晶體管的制備及其性能研究.pdf

1、硅基微電子技術(shù)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(dǎo)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(yīng)用需求。尋找新型的半導(dǎo)體材料是一種可能的解決辦法。石墨烯以其獨特的性質(zhì)，特別是電學(xué)性質(zhì)，成為近年來的研究熱點，有望成為下一代新型主流半導(dǎo)體材料。然而，石墨烯作為導(dǎo)電溝道在晶體管方面的應(yīng)用還存在一些未被解決的問題，主要有：大面積、高質(zhì)量石墨烯

2、的制備；石墨烯帶隙的有效打開；器件寄生效應(yīng)的有效抑制等。
　　1.基于機械剝離方法制備了高質(zhì)量石墨烯，分別用光學(xué)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(chǔ)上制備了石墨烯場效應(yīng)晶體管，并對其進行電學(xué)性能測試，器件表現(xiàn)出明顯的開關(guān)特性。
　　2.在頂柵結(jié)構(gòu)的石墨烯場效應(yīng)晶體管中，選擇 Al2O3作為頂柵氧化介質(zhì)層。通過電子束蒸發(fā)鍍膜設(shè)備沉積3～4nm的Al，并將其自然氧化成Al2O3，該過程重復(fù)5～6次，最終形成

3、20～25nm的Al2O3作為頂柵介質(zhì)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(zhuǎn)移特性曲線表現(xiàn)出明顯的場效應(yīng)特性，具有較高的開關(guān)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(cè)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(jié)構(gòu)的原型器件，證明 SCMC的器件結(jié)構(gòu)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(guān)