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MoS2表面对其造成破环，另外石墨稀作为电极通过调节背栅电压能够调节石墨稀的费米能级，实现石墨烯与MoSjg带匹配，因而形成石墨烯与MoS2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。
[0076]综上所述，本发明提供一种以石墨烯作为接触电极的器件结构技术领域方法。采用干法转移技术将机械剥离的半导体材料、石墨烯、h-BN薄膜堆叠成三明治结构器件，干法转移有效的避免了湿法转移及器件制备工艺对材料造成的污染及晶格破坏，由于h-BN薄膜具有良好的化学稳定性及原子级平整的表面，是微纳电子器件良好的封装及衬底层。采用h-BN — MoS2-Gr — h-BN器件结构的益处在于，保护整个器件堆叠层避免吸附空气中的H2O及微粒引起惨杂或者层间褶皱导致接触不良，另外也避免了后续电极制备过程中金属沉积工艺对MoS2薄膜造成破坏导致的电学性能降低，平整无悬挂键的h-BN衬底减少对载流子的散射。本发明采用导电性优越的石墨烯作为电极，形成一维的石墨烯-金属电极接触，一方面减小了石墨烯金属接触面积，降低器件接触电阻，另一方面减少器件工艺对石墨烯的破坏以保持其极高的电子迀移率，解决了微电子器件制备过程中器件接触电阻较大的难题。
[0077]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。
【主权项】
1.一种以石墨烯作为接触电极的器件结构制备方法，其特征在于，该方法至少包括以下步骤: 1)提供第一、第二、第三、第四衬底以及PDMS薄膜； 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； 3)将形成于所述第一衬底上的PPC— h-BN结构剥离放置于所述PDMS薄膜上；形成PDMS-PPC-h-BN 结构； 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； 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； 6)在所述第三衬底上形成第二h-BN薄膜；在所述第四衬底上形成MoS2薄膜； 7)用所述PDMS— PPC-h-BN—石墨烯结构吸附所述MoSJ^膜，形成PDMS — PPC—h-BN—石墨稀一MoS2结构； 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； 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，使整个结构截面露出线状石墨稀边界；并露出h_BN—石墨稀一MoS2一h-BN截面结构； 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。2.根据权利要求1所述的以石墨烯作为接触电极的器件结构制备方法，其特征在于，所述步骤2)中在所述第一衬底上形成聚碳酸亚丙酯PPC薄膜的具体步骤是用匀胶机在1500r/min转速下将聚碳酸亚丙酯PPC涂在所述第一衬底上，然后在120度温度下加热3-5min直至固化成膜。3.根据权利要求1所述的以石墨烯作为接触电极的器件结构制备方法，其特征在于，所述第一、第二、第三、第四衬底为S12衬底、Si02/Si衬底、MgO、Al2O3衬底或者柔性衬底。4.根据权利要求1所述的以石墨烯作为接触电极的器件结构制备方法，其特征在于，所述石墨烯电极为单层或者几个原子层，为机械剥离得到。5.根据权利要求1所述的以石墨烯作为接触电极的器件结构制备方法，其特征在于，所述 MoS2薄膜的材料选自黑磷、硅烯、锗烯、WS 2、WTe2、MoSe^MoTe2, WSe2、WTe、TiSe2, PtSe2,?(^62、0(15、0(156、8?、51156、？七52、？1312、6356、11156、1^52、1^562，其为机械剥离得到，所述 h_BN薄膜为机械剥离得到。6.一种采用权利要求1至5任意一项制备方法制备的石墨烯作为接触电极的器件。7.一种以石墨烯作为接触电极的器件结构制备方法，其特征在于，该方法至少包括以下步骤: 1)提供第一、第二、第三、第四衬底以及第一、第二PDMS薄膜； 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； 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； 4)在所述第二衬底上形成MoS2薄膜； 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; 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一石墨稀结构； 7)在所述第四衬底上形成第二h-BN薄膜；将所述第三衬底上的PDMS—PPC—石墨烯结构覆盖到所述第四衬底上的第二 h-BN上，揭下PDMS薄膜，丙酮去除PPC，形成衬底一h_BN薄膜一石墨烯结构； 8)米用步骤5获得PDMS—PPC一h-BN一MoS2结构覆盖在所述衬底一h_BN薄膜一石墨烯结构上；去除PDMS薄膜和PPC薄膜后，形成衬底一h-BN薄膜一石墨烯-MoS2—h-BN结构； 9)将整个衬底一h-BN薄膜一石墨稀一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； 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。8.根据权利要求7所述的以石墨烯作为接触电极的器件结构制备方法，其特征在于，所述第一、第二、第三、第四衬底为S12衬底、S1 2/Si衬底、MgO或Al2O3衬底。9.根据权利要求7所述的石墨烯作为接触电极的器件结构及其制备方法，其特征在于，所述MoS2薄膜的材料选自黑磷、硅烯、锗烯、WS 2、WTe2、MoSe, MoTe2' WSe2、WTe、TiSe2,PtSe2、PdSe2、CdS、CdSe、BP、SnSe、PtS2、Pbl2、GaSe、InSe、ReS2、ReSe2010.一种采用权利要求7至9任意一项制备方法制备石墨烯作为接触电极的器件结构。
【专利摘要】本发明提供一种以石墨烯作为接触电极的器件结构及其制备方法，涉及以石墨烯作为接触电极的器件结构技术领域，以干法转移的方法形成h-BN—石墨烯—超导/半导体材料—h-BN的新型器件结构，可以避免湿法转移工艺及图形化刻蚀、金属沉积工艺等对材料晶格造成的污染与破坏；以h-BN作为衬底及封装层，有利于维持石墨烯载流子迁移率，并保护器件避免吸附空气中的O2、H2O及微粒，以提高器件电学性能；此外采用石墨烯作为接触电极，沉积金属与石墨烯截面形成一维的线接触，将大大降低超导/半导体器件的接触电阻。
【IPC分类】H01L39/12, H01G9/042, H01L39/24, H01L21/28, H01B1/04
【公开号】CN105070347
【申请号】CN201510504332
【发明人】王浩敏, 谢红, 李蕾, 王慧山, 贺立, 陈令修, 张道礼, 邓联文, 谢晓明, 江绵恒
【申请人】中国科学院上海微系统与信息技术研究所
【公开日】2015年11月18日
【申请日】2015年8月17日