一种基于ald的石墨烯基热电子晶体管及其制备方法
【专利摘要】本发明提供一种基于ALD的石墨烯基热电子晶体管及其制备方法，包括步骤：1)提供一重掺杂N型Si，在其表面两侧生长发射区电极；2)在所述重掺杂N型Si表面热氧化形成第一势垒；3)在所述第一势垒表面形成单层石墨层作为基区，并在其表面两侧形成基区电极；4)利用ALD工艺在所述单层石墨烯表面的基区电极之间形成第二势垒，并在第二势垒表面形成金属集电区。本发明通过制备单层石墨烯作为基区，利用石墨烯准弹道传输的性能，结合热电子的隧穿特性使热电子器件的性能更好；而利用ALD在单层石墨烯表面生长的高k金属氧化物势垒厚度可控且无针孔，质量好。另外，本发明提供制备方法具有制备精确、制备工艺流程简单、产量高的优点。
【专利说明】—种基于ALD的石墨烯基热电子晶体管及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体器件制造领域，涉及一种热电子晶体管及其制备方法，特别是涉及一种基于ALD的石墨稀基热电子晶体管及其制备方法。
【背景技术】
[0002]根据摩尔定律，芯片的集成度每18个月至2年提高一倍，即加工线宽缩小一半。利用尺寸不断减小的硅基半导体材料(硅材料的加工极限一般认为是10纳米线宽)来延长摩尔定律的发展道路已逐渐接近终点。随着微电子领域器件尺寸的不断减小，硅材料逐渐接近其加工的极限。为延长摩尔定律的寿命，国际半导体工业界纷纷提出超越硅技术(Beyond Silicon),其中最有希望的石墨烯应运而生。石墨烯(Graphene)作为一种新型的二维六方蜂巢结构碳原子晶体，自从2004年被发现以来，在全世界引起了广泛的关注。
[0003]石墨烯(Graphene)是一种从石墨材料中剥离出的单层碳原子薄膜,在二维平面上每个碳原子以Sp2杂化轨道相衔接，也就是每个碳原子与最近邻的三个碳原子间形成三个σ键，剩余的一个P电子轨邀垂直于石墨烯平面，与周围原子形成π键，碳原子间相互围成正六边形的平面蜂窝形结构，这样在同一原子面上只有两种空间位置相异的原子。实验证明石墨烯不仅具有非常出色的力学性能和热稳定性，还具有独特的电学性质。石墨烯是零带隙材料，其电子的有效质量为零，其理论电子迁移率高达200000cm2/V.s，实验测得迁移率也超过15000cm2/V*s，是商业硅片中电子迁移率的10倍，并具有常温整数量子霍尔效应等新奇的物理性质，是作为场效应管的沟道的理想材料，正是其优异的电学性能使发展石墨烯基的晶体管和集成电路成为可能，并有可能完全取代硅成为新一代的主流半导体材料。但是，石墨烯没有带隙，因此在常规石墨烯场效应管中关态电流很大。虽然目前有多种方法可以打开石墨烯的带隙，如表面功能化等，但这些方法无一不很大程度上降低了石墨烯的迁移率，因此无带隙成为了石墨烯广泛应用的一大障碍。
[0004]热电子器件的结构类似于双极晶体管，也具有发射区(E)、基区⑶和集电区(C)，两者的根本差别在于，在热电子晶体管的基区两侧各有一个势垒与发射区和集电区相连，势垒的作用是把冷电子束缚在它们各自的区域内，从发射区注入到基区的热电子具有足够大的能量穿过集电区的势垒，几乎与集电极电压无关，因此这种器件具有很高的输出阻抗。典型热电子器件是两个金属一氧化物一金属(MOM)结构组成的MOMOM结构。中间的金属层作为晶体管的基区，这个区域要求足够薄，允许电子准弹道输运，因为金属的电导率很高，避免了基区的高阻现象。但是由于金属中热电子平均自由程短，金属和氧化层内的电子波函数差异比较大，这种器件的电流增益很低。这种器件没有制成更主要的原因是工艺上的问题，因为要制造适当厚度的无针孔的金属层和氧化物层是非常困难的。
[0005]原子层沉积技术(Atomic layer deposition/ALD)由于其沉积参数的高度可控型(厚度，成份和结构)，优异的沉积均匀性和一致性使得其在微纳电子和纳米材料等领域具有广泛的应用潜力，是制备高k氧化物材料最理想的方式。但由于石墨烯表面化学惰性的特性，使得无法直接用原子层沉积技术在石墨烯表面生长高k介质。因此，如何利用原子层沉积技术高效、可控地在石墨烯表面直接生长高k氧化物材料是当前该领域的一个充满挑战的重要研究课题。
【发明内容】
[0006]鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于ALD的石墨烯基热电子晶体管及其制备方法，用于解决现有技术中无法制备无针孔的薄层金属基区以及金属氧化物的问题。
[0007]为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于ALD的石墨稀基热电子晶体管的制备方法，所述制备方法至少包括步骤:所述制备方法至少包括步骤:
[0008]I)提供一重掺杂N型Si，在所述重掺杂N型Si表面两侧生长发射区电极；
[0009]2)在所述重掺杂N型Si表面的发射区电极之间热氧化形成第一势垒；
[0010]3)在所述第一势垒表面形成单层石墨层作为基区，并在所述单层石墨烯表面两侧形成基区电极；
[0011]4)利用ALD工艺在所述单层石墨烯表面的基区电极之间形成第二势垒，并在第二势垒表面形成金属集电区，完成石墨烯基热电子晶体管的制备。
[0012]优选地，所述步骤I)中采用lift-off工艺生长所述金属发射区的具体过程为:
[0013]1-2)在所述重掺杂N型Si上旋涂光刻胶，并利用光刻定义发射区电极的位置和形状；
[0014]1-3)利用显影技术将需要长发射区电极的位置的光刻胶去除；
[0015]1-4)利用电子束蒸发或者射频溅射方式在步骤1-2)获得的结构表面形成一层金属，并放入丙酮中，去除光刻胶及光刻胶上金属，保留的无光刻胶处的金属，形成发射区电极。
[0016]优选地，所述第一势垒为SiO2，所述第一势垒的厚度范围为5?8nm。
[0017]优选地，所述步骤3)中采用机械剥离或者化学气相沉积生长转移的方法获得单层石墨烯薄膜，再采用光刻或电子束曝光定义单层石墨烯刻蚀图形，最后采用电感耦合等离子工艺刻蚀单层石墨烯薄膜形成步骤3)中所需的单层石墨烯。
[0018]优选地，所述单层石墨烯的厚度范围为0.3?0.4nm。
[0019]优选地，所述发射区电极和基区电极的材料均为T1、N1、Ru、Ir、Au、Pt、Co及其合
金中的任意一种。
[0020]优选地，所述步骤3)中形成基区电极之后还包括退火的步骤，以使基区电极与单层石墨烯之间形成欧姆接触，退火在真空环境或者惰性气体的保护中进行，退火的温度范围300?500°C，退火时间为0.5?3分钟。
[0021]优选地,所述步骤3)和步骤4)中均采用lift-off工艺制备基区电极和集电区。
[0022]优选地，所述步骤4)中利用ALD工艺在单层石墨烯上制备第二势垒的过程为:
[0023]4-1)先将工艺腔体加热至100°C，通入水进行水蒸气循环，使水分子作为金属源的成核点和氧化剂吸附在单层石墨烯上；
[0024]4-2)在100°C下，利用ALD工艺生长一部分高K材料；
[0025]4-3)升高温度至180?220°C，继续利用ALD工艺生长剩余的高K材料，形成第二势垒。[0026]优选地，所述第二势垒的材料为A1203、HfO2, La2O5或Gd2O3中的任意一种，所述第二势垒的厚度范围为20~25nm。
[0027]本发明还提供一种石墨烯基热电子晶体管，所述石墨烯基热电子晶体管至少包括:
[0028]重掺杂N型Si ;
[0029]生长于所述重掺杂N型Si表面两侧的发射区电极；
[0030]形成于重掺杂N型Si表面发射区电极之间的第一势垒；
[0031]形成于所述第一势垒表面的单层石墨烯；
[0032]形成于所述单层石墨烯表面两侧的基区电极；
[0033]形成于所述单层石墨烯表面基区电极之间的第二势垒；
[0034]形成于所述第二势垒表面的集电区。 [0035]如上所述，本发明的基于ALD的石墨烯基热电子晶体管及其制备方法，包括步骤:I)提供一重掺杂N型Si，在所述重掺杂N型Si表面两侧生长发射区电极；2)在所述重掺杂N型Si表面的发射区电极之间热氧化形成第一势垒；3)在所述第一势垒表面形成单层石墨层作为基区，并在所述单层石墨烯表面两侧形成基区电极；4)利用ALD工艺在所述单层石墨烯表面的基区电极之间形成第二势垒，并在第二势垒表面形成金属集电区，完成石墨烯基热电子晶体管的制备。本发明通过制备单层石墨烯作为基区，利用石墨烯准弹道传输的性能，结合热电子的隧穿特性使热电子器件的性能更好；而利用ALD在单层石墨烯表面生长的高k金属氧化物势垒厚度可控且无针孔，质量好。另外，本发明提供制备方法具有制备精确、制备工艺流程简单、产量高的优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0036]图1为本发明基于ALD石墨烯基热电子晶体管的制备方法的流程图。
[0037]图2为本发明基于ALD石墨烯基热电子晶体管的制备方法步骤I)呈现的结构示意图。
[0038]图3为本发明基于ALD石墨烯基热电子晶体管的制备方法步骤2)呈现的结构示意图。
[0039]图4~图5为本发明基于ALD石墨烯基热电子晶体管的制备方法步骤3)呈现的结构示意图。
[0040]图6~图7为本发明基于ALD石墨烯基热电子晶体管的制备方法步骤4)呈现的结构示意图。
[0041]元件标号说明
[0042]SI ~S4 步骤
[0043]10重掺杂N型Si
[0044]20发射区电极
[0045]30第一势垒
[0046]40单层石墨烯
[0047]50基区电极
[0048]60第二势垒[0049]70集电区【具体实施方式】
[0050]以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的【具体实施方式】加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
[0051]请参阅附图1~图7。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
[0052]本发明提供一种基于ALD的石墨烯基热电子晶体管的制备方法，如图1所示，所述制备方法至少包括以下步骤:
[0053]SI，提供一重掺杂N型Si，在所述重掺杂N型Si表面两侧生长发射区电极；
[0054]S2，在所述重掺杂N型Si表面的发射区电极之间热氧化形成第一势垒；
[0055]S3，在所述第一势垒表面形成单层石墨层作为基区，并在所述单层石墨烯表面两侧形成基区电极；
[0056]S4，利用ALD工艺在所述单层石墨烯表面的基区电极之间形成第二势垒，并在第二势垒表面形成金属集电区，完成石墨烯基热电子晶体管的制备。
[0057]下面结合具体附图对本发明的基于ALD的石墨烯基热电子晶体管的制备方法作详细的介绍。
[0058]首先执行步骤SI，如图2所示，提供一重掺杂N型Si 10，在所述重掺杂N型SilO表面两侧生长发射区电极20。
[0059]现有技术中，采用金属作为发射区，其与后续形成的氧化物(发射区基区间势垒)内的电子波函数差异较大，器件的电流增益很低。本步骤中采用重掺杂N型SilO作为发射区，可以降低其与势垒层内的电子波函数差异。
[0060]可以采用lift-off工艺在所述重掺杂N型SilO表面两侧生长发射区电极20，其具体的过程为:在重掺杂的η型Si片10上旋涂光刻胶，利用光刻定义发射区电极20的位置及形状，通过显影将需要生长上金属发射区电极20的地方的光刻胶除掉，保留其它区域的光刻胶，再利用电子束蒸发或射频溅射的方式长上金属，接着将长完金属的Si片放入丙酮中。由于光刻胶溶于丙酮，这样有光刻胶的地方，金属则会脱落，无光刻胶的地方则保留住长上的金属，形成发射区电极20。
[0061]所述发射区电极20的材料可以选自T1、N1、Ru、Ir、Au、Pt、Co及其合金中的任意一种，在此不限。本实施例中，所述发射区电极20为Ti/Au合金电极。
[0062]然后执行步骤S2，如图3所示，在所述重掺杂N型Si 10表面的发射区电极20之间热氧化形成第一势垒30。
[0063]形成的第一势垒30也称为发射区基区间势垒。利用热氧化工艺将重掺杂N型SilO氧化成SiO2,即第一势垒30为SiO2，热氧化获得的SiO2厚度薄，约为5~8nm ;并且致密无针孔，质量可靠。[0064]热氧化工艺是在工艺腔中通入流量400SCCm的氧气，在温度700°C下，氧化5h时间，从而获得所需厚度的第一势垒30。本实施例中，获得的第一势垒30厚度为6nm。
[0065]接着执行步骤S3，如图4和图5所示，在所述第一势垒30表面形成单层石墨层40作为基区，并在所述单层石墨烯40表面两侧形成基区电极50。
[0066]可以先在步骤S2获得的结构表面形成单层石墨烯薄膜。其中，单层石墨烯薄膜可以通过化学气相沉积(CVD)生长转移到步骤S2获得的结构表面，也可以是直接通过机械剥离的方法得到。本实施例优选为采用CVD生长转移得到。之后通过光刻或者电子束曝光定义单层石墨烯40的刻蚀图形，并采用电感耦合等离子(ICP)工艺刻蚀无光刻胶保护区域的单层石墨烯薄膜形成所需的单层石墨烯40，如图4所示。
[0067]获得的单层石墨烯40的厚度在0.3?0.4nm范围内。本实施中，所述单层石墨烯40的厚度暂选为0.34nm。
[0068]由于石墨烯是单原子层的，为了方便进行电学测量，需要引出电极，即基区电极50。利用lift-off工艺在单层石墨烯40上生长金属，形成基区电极50,具体的lift-off工艺过程与步骤SI中形成发射区电极20的过程类似，在此不再一一赘述。之后，将形成基区电极50的结构在真空环境或者惰性气体的保护中进行退火，以使基区电极50与单层石墨烯40形成良好的欧姆接触。退火的温度范围300?500°C，退火时间为0.5?3分钟。本实施例中，在氮气气氛中400°C下退火I分钟。
[0069]最后执彳丁步骤S4,如图6和图7所不，利用ALD工艺在所述单层石墨稀40表面的基区电极50之间形成第二势垒60，并在第二势垒60表面形成金属集电区70，完成石墨烯基热电子晶体管的制备。
[0070]所述第二势垒70也称为集电区基区间势垒，一般为高K金属氧化物，例如，可以为Al203、Hf02、La205或Gd2O3中的任意一种。本实施例中，所述第二势垒70为Al2O3。
[0071]利用原子层沉积(ALD)在石墨烯表面生长高k金属氧化物，形成集电区基区间势垒。ALD被认为是生长薄型致密的高k金属氧化物的最佳方式，但它的生长方式基于化学吸附，即需要衬底上有悬挂键才能通过ALD长上材料。由于石墨烯表面是化学惰性的，没有悬挂键，所以常规的ALD方式无法在石墨烯表面长出高k氧化物。本申请采用如下改进方式生长高k材料:在生长高k材料前，将腔体加热到100°C，并通入4个循环的氏0(即H2O前处理)，由于物理吸附的作用，H2O分子会吸附到石墨烯表面，石墨烯表面的H2O分子既能作为金属源的成核点，也能充当氧化剂，这样就能顺利地在石墨烯表面通过ALD的方式生长出高k氧化物。
[0072]现有技术中用水基ALD的方式(用水的物理吸附代替ALD的化学吸附)在石墨烯表面生长出高k氧化物。但是，现有技术采用的是液态的水，由于石墨烯表面是疏水性的，所以液态的水是不可能均匀覆盖在石墨烯表面的，这样就导致后续长出的高k材料覆盖性低、针孔密度多和漏电大等缺点。而本申请是用“气固物理吸附”代替了现有技术的“液固物理吸附”。气体被吸附在固体表面类似于气体在固体表面液化的过程，且当温度达到气体的液化点时，这一过程最易进行，所以我们将ALD腔体温度设为100°C (即水蒸气的液化温度)，这样水蒸气最易被吸附在石墨烯表面。这一吸附过程中除了腔体温度至关重要外，水的剂量也很重要，既不能过多，也不能过少。我们通过实验对比发现4个循环的水前处理是最佳的。还有一个需要解决的问题是:100°C的生长温度较低，生长出来的高k材料不够致密且介电常数偏小；高温(180°C?220°C )生长有助于提高高k材料的致密性和介电常数，但是高温不利于水被物理吸附在石墨烯表面，这样就没有足够的成核点，导致高k材料难以连续地生长在石墨烯表面。本申请中采用的是双温生长的模式，即先在100°C的时候生长一部分高k材料,然后将腔体升温至200°C,接着生长剩余的高k材料。这样既能保证能利用ALD在石墨烯表面生长出高k，又能保证高k的致密性。双温模式中，低温时(100°C )生长出来的高k材料不能太厚，否者会影响到整体高k材料的质量；但也不能太薄，因为太薄势必针孔多，这样成核点就少，不利于后续的高温生长。以ALD生长Al2O3为例，经过实验对比发现100°C时生长4nm的Al2O3既是足够的，也是必不可少的。再经过200°C的高温生长后的Al2O3势垒厚度在20?25nm范围内。
[0073]利用lift-off工艺在第二势垒60上生长金属，形成金属集电区70，具体的lift-off工艺过程与步骤SI中形成发射区电极20的过程类似，在此不再一一赘述。
[0074]所述金属集电区70的材料可以选自T1、N1、Ru、Ir、Au、Pt、Co及其合金中的任意一种，在此不限。本实施例中，所述集电区70材料为Ti/Au合金。
[0075]需要说明的是，现有技术中采用金属Al作为基区时，其厚度最低也有10nm，即便采用改进措施，采用CoSi2充当基区,厚度也有1.9nm。而本申请采用单层石墨烯材料作为基区，制备的厚度可以低至0.34nm，很大程度上降低了基区厚度；同时，单层石墨烯本身就是无针孔致密的材料。因此，单层石墨烯具有厚度薄且致密性好的特点。另外，本申请中第一势垒和第二势垒的也具有厚度薄且致密性好的特点。
[0076]若势垒中有针孔，则在关态时，低能量的“冷电子”可以通过势垒到达集电区，这样就导致关态电流较高，开关比较小。若基区有针孔，则开态时，热电子到达基区，其输运不是“准弹道传输”，导致热电子会有部分损耗，降低了开态电流，使得开关比较低，器件性能下降。
[0077]在致密无针孔的前提下，势垒区和基区要尽量的薄。势垒区和基区金属越厚，热电子在输运过程中被散射的越多，导致热电子会有部分损耗，降低了开态电流，使得开关比较低；反之越薄，器件的开关比较高，性能更好。
[0078]总之，本申请的基区和势垒都是厚度薄且致密性好，整个器件的开关比较高，性能更好。
[0079]本发明还提供一种石墨烯基热电子晶体管，如图7所示，利用上述制备方法制备获得，所述石墨烯基热电子晶体管至少包括:
[0080]重掺杂N型Si ;
[0081]生长于所述重掺杂N型Si表面两侧的发射区电极；
[0082]形成于重掺杂N型Si表面发射区电极之间的第一势垒；
[0083]形成于所述第一势垒表面的单层石墨烯；
[0084]形成于所述单层石墨烯表面两侧的基区电极；
[0085]形成于所述单层石墨烯表面基区电极之间的第二势垒；
[0086]形成于所述第二势垒表面的集电区。
[0087]本实施例中，所述第一势垒为SiO2，所述第一势垒的厚度范围为5?8nm。所述单层石墨烯的厚度范围为0.3?0.4nm。所述发射区电极和基区电极的材料均为T1、N1、Ru、Ir、Au、Pt、Co及其合金中的任意一种。所述第二势垒材料为A1203、HfO2, La2O5或Gd2O3中的任意一种，所述第二势垒的厚度范围为20?25nm。
[0088]综上所述，本发明提供一种基于ALD的石墨烯基热电子晶体管及其制备方法，包括步骤:1)提供一重掺杂N型Si，在所述重掺杂N型Si表面两侧生长发射区电极；2)在所述重掺杂N型Si表面的发射区电极之间热氧化形成第一势垒；3)在所述第一势垒表面形成单层石墨层作为基区，并在所述单层石墨烯表面两侧形成基区电极；4)利用ALD工艺在所述单层石墨烯表面的基区电极之间形成第二势垒，并在第二势垒表面形成金属集电区，完成石墨烯基热电子晶体管的制备。本发明通过制备单层石墨烯作为基区，利用石墨烯准弹道传输的性能，结合热电子的隧穿特性使热电子器件的性能更好；而利用ALD在单层石墨烯表面生长的高k金属氧化物势垒厚度可控且无针孔，质量好。另外，本发明提供制备方法具有制备精确、制备工艺流程简单、产量高的优点。
[0089]所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
[0090]上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属【技术领域】中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
【权利要求】
1.一种基于ALD的石墨烯基热电子晶体管的制备方法，其特征在于，所述制备方法至少包括步骤: 1)提供一重掺杂N型Si，在所述重掺杂N型Si表面两侧生长发射区电极； 2)在所述重掺杂N型Si表面的发射区电极之间热氧化形成第一势垒； 3)在所述第一势垒表面形成单层石墨烯作为基区，并在所述单层石墨烯表面两侧形成基区电极； 4)利用ALD工艺在所述单层石墨烯表面的基区电极之间形成第二势垒，并在第二势垒表面形成金属集电区，完成石墨烯基热电子晶体管的制备。
2.根据权利要求1所述的基于ALD的石墨烯基热电子晶体管的制备方法，其特征在于:所述步骤I)中采用lift-off工艺生长所述金属发射区的具体过程为: 1-1)在所述重掺杂N型Si上旋涂光刻胶，并利用光刻定义发射区电极的位置和形状； 1-2)利用显影技术将需要生长发射区电极的位置的光刻胶去除； 1-3)利用电子束蒸发或者射频溅射方式在步骤1-2)获得的结构表面形成一层金属，并放入丙酮中，去除光刻胶及光刻胶上金属，保留的无光刻胶处的金属，形成发射区电极。
3.根据权利要求1所述的基于ALD的石墨烯基热电子晶体管的制备方法，其特征在于:所述第一势垒为SiO2，所述第一势垒的厚度范围为5~8nm。
4.根据权利要求1所述的基于ALD的石墨烯基热电子晶体管的制备方法，其特征在于:所述步骤3)中采用机械剥离或者化学气相沉积生长转移的方法获得单层石墨烯薄膜，再采用光刻或电子束曝光定义单层石墨烯刻蚀图形，最后采用电感耦合等离子工艺刻蚀单层石墨烯薄膜形成步骤3)中所需的单层石墨烯。
5.根据权利要求4所述的基于ALD的石墨烯基热电子晶体管的制备方法，其特征在于:所述单层石墨烯的厚度范围为0.3~0.4nm。
6.根据权利要求1所述的基于ALD的石墨烯基热电子晶体管的制备方法，其特征在于:所述发射区电极和基区电极的材料均为T1、N1、Ru、Ir、Au、Pt、Co及其合金中的任意一种。
7.根据权利要求1所述的基于ALD的石墨烯基热电子晶体管的制备方法，其特征在于:所述步骤3)中形成基区电极之后还包括退火的步骤，以使基区电极与单层石墨烯之间形成欧姆接触，退火在真空环境或者惰性气体的保护中进行，退火的温度范围300~500°C，退火时间为0.5~3分钟。
8.根据权利要求1所述的基于ALD的石墨烯基热电子晶体管的制备方法，其特征在于:所述步骤3)和步骤4)中均采用lift-off工艺制备基区电极和集电区。
9.根据权利要求1所述的基于ALD的石墨烯基热电子晶体管的制备方法，其特征在于:所述步骤4)中利用ALD工艺在单层石墨烯上制备第二势垒的过程为: 4-1)先将工艺腔体加热至10(TC，通入水进行水蒸气循环，使水分子作为金属源的成核点和氧化剂吸附在单层石墨烯上； 4-2)在100°C下，利用ALD工艺生长一部分高K材料； 4-3)升高温度至180~220°C，继续利用ALD工艺生长剩余的高K材料，形成第二势垒。
10.根据权利要求1所述的基于ALD的石墨烯基热电子晶体管的制备方法，其特征在于:所述第二势垒的材料为A1203、HfO2, La2O5或Gd2O3中的任意一种，所述第二势垒的厚度范围为20~25nm。
11.一种利用如权利要求1所述的制备方法制备的石墨烯基热电子晶体管，其特征在于，所述石墨烯基热电子晶体管至少包括: 重掺杂N型Si ; 生长于所述重掺杂N型Si表面两侧的发射区电极； 形成于重掺杂N型Si表面发射区电极之间的第一势垒； 形成于所述第一势垒表面的单层石墨烯； 形成于所述单层石墨烯表面两侧的基区电极； 形成于所述单层石墨烯表面基区电极之间的第二势垒； 形成于所述第二势 垒表面的集电区。
【文档编号】H01L29/08GK103985741SQ201410250193
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年6月6日 优先权日:2014年6月6日
【发明者】程新红, 郑理, 曹铎, 王中健, 徐大伟, 夏超, 沈玲燕, 俞跃辉 申请人:中国科学院上海微系统与信息技术研究所