一种超微型石墨烯晶体管的制作方法

文档序号:12191524阅读:488来源:国知局

本实用新型涉及晶体管制造领域,尤其是涉及一种超微型石墨烯晶体管。



背景技术:

晶体管是一种固体半导体器件,具有检波、整流、放大、开关、稳压、信号调制等多种功能。由于其相应速度快,准确性高,晶体管用于各种各样的数字和模拟功能,是构成集成电路的基本单元,还是规范操作电脑、手机和其他现代电子电路的基本模块。

目前所有集成电路中应用的功率三极管的管芯都用的是半导体材料硅,用硅制成的场效应晶体管一般具有三个极,分别是源极(Source)、栅极(Gate)和漏极(Drain)。采用半导体材料硅制成的晶体管其体积已经达到了极限,很难再利用半导体硅制成体积更小的晶体管。但是,随着科技的发展,人们对超微型晶体管的需求越来越大,此时,采用硅制作晶体管的缺陷就暴露了出来。此外,采用半导体材料硅制作晶体管之前需要对硅晶体进行提纯,并且还要保证硅片表面绝对地平整,从而使得采用硅制作晶体管的工艺相当复杂,并且制成的晶体管的散热效果也不是很好。



技术实现要素:

本实用新型意在提供一种超微型石墨烯晶体管,以解决使用半导体材料制成的晶体管体积大、工艺复杂以及散热困难的问题。

为了实现上述目的,本实用新型提供一种超微型石墨烯晶体管,包括半导体衬底,所述半导体衬底上设有多个散热孔,半导体衬底上覆盖有一层厚度为280nm的氧化层,氧化层上方设有底栅介质层,所述底栅介质层上方设有石墨烯沟道,所述石墨烯沟道上方设有顶栅介质层,石墨烯沟道两端还分别设有源电极和漏电极,所述顶栅介质层上方设有顶栅电极。

本技术方案的技术原理是:在半导体衬底上设置数个散热孔,用来对晶体管进行散热。半导体衬底还被厚度为280nm的氧化层覆盖,从而防止半导体衬底被杂质污染。在氧化层上设有底栅介质层、石墨烯沟道和顶栅介质层,其中石墨烯沟道位于底栅介质层与顶栅介质层之间。石墨烯沟道的两端分别与源电极和漏电极相连,顶栅介质层与顶栅电极相连,从而构成整个晶体管的主要结构。

本方案与现有技术相比,将半导体沟道区换成了石墨烯沟道区。由于石墨烯是目前发现的最薄、最坚硬、导电导热性能最强的一种新型纳米材料,所以采用石墨烯能够制造出体积更小、散热更好的晶体管,并且与半导体晶体管相比,其制造工艺更加简单。

以下是上述方案的优选方案:

优选方案一:基于基础方案,所述散热孔均匀分布在所述半导体衬底上,使半导体衬底的散热更加均匀,从而防止部分衬底因散热不好而过热的情况。

优选方案二:基于基础方案,所述石墨烯沟道包括两个石墨烯片层。通过将两个石墨烯片层相互叠加形成双层石墨烯片层,可以使石墨烯晶体管具有较高的开关比。

优选方案三:基于优选方案二,所述两个石墨烯片层相互错开的叠加在一起,使得石墨烯晶体管的制备更加简单。

优选方案四:基于优选方案三,所述源电极和漏电极上均设有与所述石墨烯片层对应的凹槽,所述两个石墨烯片层相互错开的部分卡接在凹槽中。由于两个石墨烯片层为不对称的叠加,所以在石墨烯沟道两端必然会出现错开的部分。通过在电极上设置与错开部分相对应的凹槽,能够使石墨烯沟道的外形更加简洁。

优选方案五:基于基础方案,所述底栅介质层与顶栅介质层均为六方氮化硼介质层。由于六方氮化硼的表面光学声子模式比二氧化硅中的相近模式的能力大两倍,所以以六方氮化硼为栅介质的石墨烯晶体管在高温和强电场下的特性会比典型的以二氧化硅作为栅介质的石墨烯晶体管特性要好。

附图说明

图1为本实用新型实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明:

说明书附图中的附图标记包括:半导体衬底1、散热孔2、氧化层3、底栅介质层4、石墨烯沟道5、顶栅介质层6、源电极7、漏电极8、顶栅电极9。

实施例如附图1所示,本实用新型提供了一种超微型石墨烯晶体管,包括半导体衬底1。在半导体衬底1上设置有多个散热孔2,散热孔2均匀分布在半导体衬底1上,用来对晶体管进行散热。半导体衬底1还被厚度为280nm的氧化层3覆盖,从而防止半导体衬底1被杂质污染。在氧化层3上设有底栅介质层4、石墨烯沟道5和顶栅介质层6,其中底栅介质层4与顶栅介质层6均采用六方氮化硼支撑。石墨烯沟道5具有两个石墨烯片层,两个石墨烯片层不对称的叠加在一起,位于底栅介质层4与顶栅介质层6之间。石墨烯沟道5的两端分别与源电极7和漏电极8相连,源电极7与漏电极8上分别设有与石墨烯片层两端错开部位相对应的凹槽,石墨烯片层的错开部位卡接在凹槽中。顶栅介质层6与顶栅电极9相连,从而构成整个晶体管的主要结构。

本实施例与现有晶体管相比,将半导体沟道区换成了石墨烯沟道区,从而让晶体管的加工和制造更加的简单。由于石墨烯是目前发现的最薄、最坚硬的新型纳米材料,所以能够造出体积更小的晶体管。此外,本实施例通过在半导体衬底上1设置散热孔2,从而使得晶体管的散热性能更强,从而进一步延长了晶体管的使用寿命。

以上所述的仅是本实用新型的实施例,方案中公知的具体结构和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出,对于本领域的技术人员来说,在不脱离本实用新型结构的前提下,还可以作出若干变形和改进,这些也应该视为本实用新型的保护范围,这些都不会影响本实用新型实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准,说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

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