減小金屬與石墨烯接觸電阻的方法及石墨烯fet器件的制作方法
【專利摘要】一種減小金屬與石墨烯材料接觸電阻的方法及石墨烯FET器件，該方法包括：提供絕緣襯底；在襯底上制備或轉(zhuǎn)移石墨烯材料；在石墨烯上圖形化源端和漏端；蒸發(fā)一層非常薄的金屬層；在薄層金屬的掩膜下，對金屬下方的石墨烯進行缺陷化處理；最后經(jīng)金屬蒸發(fā)及剝離來制備源漏電極。本發(fā)明采用薄層金屬掩膜，對接觸區(qū)石墨烯進行部分缺陷化處理，有效增大了石墨烯的導(dǎo)電通道，增加了“End?contact”接觸面積，有效減小了金屬與石墨烯的接觸電阻，從而增加了碳基FET器件的開態(tài)電流，提高了器件的跨導(dǎo)和截止頻率。
【專利說明】
減小金屬與石墨烯接觸電阻的方法及石墨烯FET器件
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及石墨稀FET器件制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種減小金屬與石墨稀材料接觸電阻的方法及由此得到的石墨烯FET器件。
【背景技術(shù)】
[0002]以碳材料為基的納米電子學，尤其是石墨稀(Graphene)材料，由于其較高的載流子迀移率和飽和速度，及其二維平面結(jié)構(gòu)可與傳統(tǒng)的Si工藝集成，被認為具有極大的應(yīng)用前景，被認為是可替代硅的下一代集成電路新材料。自從2004年石墨烯被成功研制以來，石墨烯器件的研究取得了巨大進展?；谑┑奈⒓{電子器件具有尺寸小、速度快、功耗低、工藝簡單等特點，受到人們越來越廣泛的關(guān)注。
[0003]由于其突出的優(yōu)勢，石墨烯場效應(yīng)管在近年來發(fā)展迅速。2006年12月，德國M.C.Lemme等人制備出第一個石墨烯雙柵器件。美國IBM公司分別在2008年、2009年、2010年制備出截止頻率達到26GHz、100GHz、170GHz的石墨烯場效應(yīng)管。加州大學洛杉磯分校在2010年實現(xiàn)了截止頻率為300GHz的石墨烯晶體管。但石墨烯場效應(yīng)管性能的進一步提升卻受到了很大的阻礙，場效應(yīng)管的接觸電阻過大，源漏端的壓降占整個源漏所加電壓的3/4左右，這大大的影響了器件性能的提升。金屬與碳基材料的接觸電阻對器件開關(guān)電流比、跨導(dǎo)、本征增益和截止頻率有著重要的影響。因此如何減小金屬與石墨烯歐姆接觸電阻成為石墨烯器件研究的重點。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]有鑒于此，本發(fā)明的一個目的在于提供一種減小金屬與石墨烯的接觸電阻的方法，本發(fā)明的另一個目的在于提供一種由此方法制備的石墨烯FET器件。
[0005]為達到上述目的，作為本發(fā)明的一個方面，本發(fā)明提供了一種減小金屬與石墨烯的接觸電阻的方法，包括以下步驟:
[0006]提供絕緣襯底；
[0007]在所述絕緣襯底上形成一石墨烯材料層；
[0008]在所述石墨烯材料層上圖形化形成源端和漏端；
[0009]在上述形成的器件表面形成一金屬層；
[0010]以所述金屬層作為掩膜，對源端和漏端區(qū)域的所述金屬層下方的石墨烯材料層進行缺陷化處理；
[0011]在上述形成的器件上通過金屬蒸發(fā)及剝離工藝來制備源、漏電極。
[0012]其中，所述在上述形成的器件表面形成一金屬層的步驟中，所述金屬層是采用蒸發(fā)的方法形成。
[0013]其中，所述作為掩膜的金屬層的厚度在3?8nm之間。
[0014]其中，所述作為掩膜的金屬層采用金屬鈀、鎳、鈦或鉻。
[0015]其中，在以所述金屬層作為掩膜，對源端和漏端區(qū)域的所述金屬層下方的石墨烯材料層進行缺陷化處理的步驟中，所述缺陷化處理通過利用Matrix、RIE刻蝕機或trymax半導(dǎo)體設(shè)備對所述石墨烯材料層進行刻蝕來實現(xiàn)。
[0016]其中，所述缺陷化處理是在惰性氣體或者氧氣與惰性氣體結(jié)合的環(huán)境下進行的。
[0017]其中，所述缺陷化處理的時間在1s?180s之間。
[0018]其中，所述源電極和漏電極均采用與所述金屬層相同的金屬作為底層金屬，金作為頂層金屬。
[0019]其中，所述源電極和漏電極的底層金屬的厚度均在5?50nm范圍之間，頂層金屬的厚度均在50?200nm范圍之間。
[0020]作為本發(fā)明的另一個方面，本發(fā)明還提供了一種通過如上所述方法制備的石墨烯FET器件。
[0021]從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0022](I)本發(fā)明的方法采用金屬掩膜，對接觸區(qū)石墨烯進行缺陷化處理，使得在薄層金屬邊界或者空白處的石墨烯產(chǎn)生缺陷，增加接觸區(qū)的導(dǎo)電模式，而且通過增加石墨烯的邊緣，增大了 “End-contact”的接觸面積，從而有效減小金屬石墨稀接觸電阻，增加了石墨稀FET器件的開態(tài)電流，提高了器件的跨導(dǎo)gm、開關(guān)電流比Ic^/1ff、截止頻率fT和器件的本征增益Gain;
[0023](2)本發(fā)明方法在常規(guī)工藝流程中進行細微調(diào)整，不需要重新開發(fā)工藝，具備良好的可行性。
【附圖說明】
[0024]圖1至圖6是根據(jù)本發(fā)明一實施例的減小金屬與石墨烯的接觸電阻的方法的工藝流程圖。
[0025]其中，附圖標記含義如下:半導(dǎo)體襯底10、絕緣層11、導(dǎo)電通道12、光刻膠13、掩膜金屬14、源電極15、漏電極16。
【具體實施方式】
[0026]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
[0027]本發(fā)明公開了一種減小金屬與石墨烯的接觸電阻的方法，通過薄層金屬掩膜對在接觸區(qū)域的單層石墨烯進行破壞，引入缺陷，增加接觸區(qū)域的導(dǎo)電模式數(shù)，增加石墨烯邊界以增大“End-contact”接觸面積，從而有效減小金屬與石墨稀的接觸電阻，增加器件的跨導(dǎo)、開關(guān)電流比、截止頻率和器件的本征增益。
[0028]更具體地，本發(fā)明的減小金屬與石墨烯的接觸電阻的方法，包括以下步驟:
[0029]提供絕緣襯底；
[0030]在襯底上制備或轉(zhuǎn)移石墨烯材料；
[0031]在石墨稀上圖形化源端和漏端；
[0032]在表面形成一非常薄的金屬層；
[0033]在該薄金屬層作為掩膜的情況下，對源端和漏端區(qū)域的金屬層下方的石墨烯進行缺陷化處理；
[0034]最后經(jīng)金屬蒸發(fā)及剝離形成制備源、漏電極。
[0035]上述方案中，圖形化源端和漏端之后，在表面形成一非常薄的金屬層，該薄金屬層是采用蒸發(fā)的方法形成的。該金屬層例如可以采用金屬鈀、鎳、鈦或鉻;金屬層的厚度例如在3?8nm之間。
[0036]上述方案中，在該薄金屬層作為掩膜的情況下，對接觸區(qū)石墨稀進行缺陷化處理的步驟中，采用的方法包括:利用Matrix、RIE刻蝕機或trymax或氧紫外線的UV等半導(dǎo)體設(shè)備對石墨烯材料進行刻蝕。進行缺陷化處理例如是在惰性氣體或者氧氣與惰性氣體結(jié)合的環(huán)境下實現(xiàn)對石墨烯材料的刻蝕。
[0037]上述方案中，源電極和漏電極均采用與薄的金屬層相同的金屬作為底層金屬，金作為頂層金屬，即金屬鈀和金、鎳和金、鈀和金、鈦和金或者鉻和金。其中底層金屬的厚度在5?50nm，頂層金屬金的厚度為50?200nm。
[0038]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明一具體優(yōu)選實施例的技術(shù)方案進行詳細闡述說明。
[0039]圖1至圖6示出了根據(jù)本發(fā)明一實施例的減小金屬與石墨烯的接觸電阻的方法的工藝流程圖，在本實施例中，以硅作為半導(dǎo)體襯底，二氧化硅作為絕緣層，石墨烯作為導(dǎo)電通道，金屬鈀作為薄層掩膜金屬，金屬鈀/金作為源、漏電極，光刻膠AZ5214作為光刻膠來實現(xiàn)石墨烯和金屬的良好接觸。該方法具體包括以下步驟:
[0040]步驟I，石墨烯材料的制備;如圖1所示，采用CVD生長的方法制備石墨烯，并轉(zhuǎn)移到覆蓋有二氧化硅絕緣層11的重摻雜硅襯底1上。
[0041]步驟2，勻膠，光刻顯影:涂覆光刻膠AZ5214，經(jīng)過曝光顯影后定義源漏區(qū)圖形，如圖3所示。
[0042]步驟3，蒸發(fā)金屬:如圖4所示，利用電子束蒸發(fā)在石墨烯12的表面經(jīng)電子束蒸發(fā)一掩膜金屬層14，該掩膜金屬層采用金屬Pd，厚度選擇4nm。
[0043]步驟4，對源端和漏端區(qū)域的石墨烯缺陷化處理:利用RIE刻蝕機，對薄的掩膜金屬層14下方的石墨稀進行刻蝕，選擇氣體源為々!■/02 = 3080011:308(^111，功率選擇20￥，刻蝕時間設(shè)置在10?180s之間。
[0044]步驟5，蒸發(fā)金屬:如圖6所示，蒸發(fā)源、漏金屬(選擇與掩膜金屬相同的金屬作為接觸的底層金屬，金作為頂層金屬)，利用電子束蒸發(fā)一層20/200nm Pd/Au作為源、漏電極。
[0045]步驟6，剝離:金屬剝離，得到源、漏電極。
[0046]通過上述實施例可以看出，本發(fā)明采用金屬掩膜對接觸區(qū)石墨烯進行缺陷化處理，使得金屬邊界下方的石墨烯產(chǎn)生缺陷，而被金屬嚴密覆蓋的石墨烯得到保護，這樣不僅增大了石墨烯的缺陷點，而且增大了 “end-contact”的接觸面積，有效降低了接觸電阻，從而增加器件的跨導(dǎo)、開關(guān)電流比、截止頻率和器件的本征增益。
[0047]以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳細說明，應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種減小金屬與石墨烯的接觸電阻的方法，其特征在于，包括以下步驟: 提供絕緣襯底； 在所述絕緣襯底上形成一石墨稀材料層； 在所述石墨烯材料層上圖形化形成源端和漏端； 在上述形成的器件表面形成一金屬層； 以所述金屬層作為掩膜，對源端和漏端區(qū)域的所述金屬層下方的石墨烯材料層進行缺陷化處理； 在上述形成的器件上通過金屬蒸發(fā)及剝離來制備源、漏電極。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述在上述形成的器件表面形成一金屬層的步驟中，所述金屬層是采用蒸發(fā)的方法形成。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述作為掩膜的金屬層的厚度在3?Snm之間。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述作為掩膜的金屬層采用金屬鈀、鎳、鈦或鉻。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在以所述金屬層作為掩膜，對源端和漏端區(qū)域的所述金屬層下方的石墨烯材料層進行缺陷化處理的步驟中，所述缺陷化處理通過利用Matrix、RIE刻蝕機或trymax半導(dǎo)體設(shè)備對所述石墨稀材料層進行刻蝕來實現(xiàn)。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述缺陷化處理是在惰性氣體或者氧氣與惰性氣體結(jié)合的環(huán)境下進行的。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述缺陷化處理的時間在1s?180s之間。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述源電極和漏電極均采用與所述金屬層相同的金屬作為底層金屬，金作為頂層金屬。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述源電極和漏電極的底層金屬的厚度均在5?50nm范圍之間，頂層金屬的厚度均在50?200nm范圍之間。10.—種通過如權(quán)利要求1至9任意一項所述的減小金屬與石墨烯的接觸電阻的方法制備的石墨烯FET器件。
【文檔編號】H01L21/336GK105957807SQ201610304232
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年5月10日
【發(fā)明人】金智, 王少青, 毛達誠, 史敬元, 彭松昂, 張大勇
【申請人】中國科學院微電子研究所