一种以石墨烯作为接触电极的器件结构及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于微电子领域，涉及一种以石墨烯作为接触电极的器件结构及其制备方法。
【背景技术】
[0002]石墨烯作为最早发现的唯一可以在室温环境下稳定存在的二维原子晶体，由于其优异的电学性能已经在射频晶体管，逻辑开关，存储器，传感器，透明导电电极等领域得到广泛的研究与应用。
[0003]石墨烯的诞生开启了人们对新型二维电子材料领域的广泛关注与探索，因此继石墨烯之后研究人员发现了一系列具有单层原子厚度的二维半导体/超导材料，如黑鳞、MoS2' MoSe、MoTe2' WSe2、WTe、TiSe2、PtSe2、PdSe2、CdS、CdSe 等。这些二维晶体由于具有单层原子厚度的结构，以及特殊的物理化学特性如光、电、磁、力、热学性质，可以用来制备柔性电子及低功耗功能器件，在能源、国防、通讯、电子、人工智能和信息技术等领域具有广泛的应用前景。最重要的是这些新兴的二维晶体材料将会突破现有微电子器件制造工艺的瓶颈并发展成为制备下一代新型电子器件的重要材料。另外现有的器件制备工艺如湿法转移、光刻、刻蚀、金属沉积等工艺会对造成材料表面污染、褶皱及晶格破坏等，另外电极接触电阻太大也会严重影响器件性能。因此器件结构及制备工艺设计以及金属电极接触电阻作为影响器件性能的两个至关重要的因素，对于二维新型材料器件的发展与应用起着至关重要的作用。因此针对这些问题，本发明将采用h-BN作为器件封装及衬底层保护器件避免受到空气中H20、O2及微粒的掺杂干扰作用。采用干法转移薄，尽量半导体工艺对材料本身性能造成的影响。另外由于石墨烯具有较高的载流子迀移率，利用石墨烯作为电极，与金属形成一维接触将有效减低器件接触电阻，有效克服二维半导体/超导材料的器件的缺点并加快其应用。
【发明内容】
[0004]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以石墨烯作为接触电极的器件结构技术领域，用于解决现有技术中提高石墨烯器件性能面临的的难题。
[0005]为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种以石墨烯作为接触电极的器件及其制备方法，该方法至少包括以下步骤:
[0006]I)提供第一、第二、第三、第四衬底以及PDMS薄膜；
[0007]2)在所述第一衬底上依次形成聚碳酸亚丙酯PPC薄膜和机械剥离的第一 h-BN薄膜；形成一 PPC — h-BN结构
[0008]3)将形成于所述第一衬底上的PPC—h-BN结构机械剥离放置于所述PDMS薄膜上；形成 PDMS — PPC — h-BN 结构；
[0009]4)在所述第二衬底上形成石墨烯薄膜，图形化以形成石墨烯电极；
[0010]5)用所述PDMS—PPC—h-BN结构吸附步骤4)中的石墨烯电极，形成PDMS—PPC—h-BN一石墨稀结构；
[0011]6)在所述第三衬底上形成机械剥离的第二 h-BN薄膜；在所述第四衬底上形成机械剥离的MoS2薄膜；
[0012]7)用所述PDMS — PPC — h-BN—石墨烯结构吸附所述MoS2薄膜，形成PDMS—PPC—h-BN—石墨稀一MoS2结构；
[0013]8)将PDMS — PPC — h-BN—石墨烯一MoS2结构放置在所述第三衬底的第二 h_BN薄膜上，揭掉PDMS，丙酮去除PPC，即形成h-BN—石墨烯一MoS2—h-BN结构；
[0014]9)将整个h-BN—石墨烯一MoS2+h-BN结构采用反应离子进行刻蚀，形成规则的器件结构，露出h-BN—石墨烯一MoS2—h_BN截面结构；
[0015]10)沉积金属，覆盖露出的h-BN—石墨稀一MoS2一h_BN截面结构，形成一维石墨稀与金属电极接触。
[0016]本发明还提供另一种低接触电阻的石墨烯器件及其制备方法，该方法主要包括以下步骤:
[0017]I)提供第一、第二、第三、第四衬底以及第一、第二 PDMS薄膜；
[0018]2)在所述第一衬底上依次形成聚碳酸亚丙酯PPC薄膜和第一 h-BN薄膜；形成一PPC — h-BN 结构；
[0019]3)将形成于所述第一衬底上的PPC — h-BN结构机械剥离放置于所述第一 PDMS薄膜上；形成PDMS — PPC — h-BN结构；
[0020]4)在所述第二衬底上形成MoS2薄膜；
[0021 ] 5)用所述PDMS — PPC — h-BN结构吸附步骤4)中的MoS2薄膜；获得PDMS — PPC—h-BN — MoS2结构；
[0022]6)在所述第三衬底上形成石墨烯薄膜，图形化以形成石墨烯电极；在所述第二PDMS薄膜上形成聚碳酸亚丙酯PPC薄膜，然后吸附形成于第三衬底上的石墨烯电极，形成PDMS — PPC—石墨烯结构；
[0023]7)在所述第四衬底上形成第二 h-BN薄膜；将所述
[0024]PDMS — PPC—石墨烯结构放置于第四衬底上的h_BN上，随后揭下PDMS，并去除PPC，形成衬底一h-ΒΝ薄膜一石墨稀结构；
[0025]8)采用步骤5获得PDMS — PPC — h-BN — MoSgg构覆盖在所述衬底一h-BN薄膜一石墨稀结构上；去除PDMS薄膜和PPC薄膜后，形成衬底一h_BN薄膜一石墨稀-MoS2一h-BN结构；
[0026]9)将整个衬底一h-BN薄膜一石墨烯一MoS2+h-BN结构采用反应离子进行刻蚀，形成规则的器件结构，使整个结构截面露出线状石墨烯边界；
[0027]10)沉积金属，覆盖露出的衬底一h-BN薄膜一石墨烯一MoS2—h_BN结构截面结构，形成一维石墨稀与金属电极接触。
[0028]本发明针对基于石墨烯结合新型二维半导体材料器件结构及制备工艺技术的一些关键问题，提出了提供一种以石墨烯作为接触电极的器件结构技术领域。通过干法转移的方法，形成金属一h-BN—石墨烯一MoS2—h_BN结构的器件。避免了湿法转移带来的污染与杂质，膜层之间通过通过范德华力吸附形成超干净的界面，减少了缺陷及电荷捕获避免载流子迀移率的下降。减少了光刻、刻蚀等图形化工艺，同时避免了金属直接沉积在此&表面对其造成破环，另外石墨烯作为电极通过调节背栅电压能够调节石墨烯的费米能级，实现石墨烯与MoS2能带匹配，因而形成石墨烯与MoS 2薄膜近似完美的无接触势皇。采用h-BN作为器件衬底及封装层，能够很好的保护器件并避免材料中载流子受到电荷杂质的散射而降低器件性能。此外金属与石墨烯电极之间的一维接触能够有效降低器件电阻，解决了微电子器件制备过程中如何降低器件接触电阻的难题。
【附图说明】
[0029]图1至图16显示为本发明实施例一的制备流程图。
[0030]图17-33显示为本发明实施例二的制备流程图。
[0031]元件标号说明
[0032]PDMS 薄膜1、I，
[0033]第一衬底10、10’
[0034]PPC 薄膜11、11，
[0035]第一h-BN 薄膜 12、12’
[0036]第二衬底20、20’
[0037]石墨烯薄膜21、21’
[0038]石墨烯电极 210、210’
[0039]第三衬底30、30’
[0040]MoS2 薄膜 31、31，
[0041]第四衬底 40、40’
[0042]第二h-BN 薄膜 41、41’
[0043]金属电极50、50’
【具体实施方式】
[0044]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。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0045]需要说明的是，以下实施例中所提供