减小金属与石墨烯接触电阻的方法及石墨烯fet器件的制作方法
【专利摘要】一种减小金属与石墨烯材料接触电阻的方法及石墨烯FET器件，该方法包括：提供绝缘衬底；在衬底上制备或转移石墨烯材料；在石墨烯上图形化源端和漏端；蒸发一层非常薄的金属层；在薄层金属的掩膜下，对金属下方的石墨烯进行缺陷化处理；最后经金属蒸发及剥离来制备源漏电极。本发明采用薄层金属掩膜，对接触区石墨烯进行部分缺陷化处理，有效增大了石墨烯的导电通道，增加了“End?contact”接触面积，有效减小了金属与石墨烯的接触电阻，从而增加了碳基FET器件的开态电流，提高了器件的跨导和截止频率。
【专利说明】
减小金属与石墨烯接触电阻的方法及石墨烯FET器件
技术领域
[0001 ]本发明涉及石墨稀FET器件制备技术领域，尤其涉及一种减小金属与石墨稀材料接触电阻的方法及由此得到的石墨烯FET器件。
【背景技术】
[0002]以碳材料为基的纳米电子学，尤其是石墨稀(Graphene)材料，由于其较高的载流子迀移率和饱和速度，及其二维平面结构可与传统的Si工艺集成，被认为具有极大的应用前景，被认为是可替代硅的下一代集成电路新材料。自从2004年石墨烯被成功研制以来，石墨烯器件的研究取得了巨大进展。基于石墨烯的微纳电子器件具有尺寸小、速度快、功耗低、工艺简单等特点，受到人们越来越广泛的关注。
[0003]由于其突出的优势，石墨烯场效应管在近年来发展迅速。2006年12月，德国M.C.Lemme等人制备出第一个石墨烯双栅器件。美国IBM公司分别在2008年、2009年、2010年制备出截止频率达到26GHz、100GHz、170GHz的石墨烯场效应管。加州大学洛杉矶分校在2010年实现了截止频率为300GHz的石墨烯晶体管。但石墨烯场效应管性能的进一步提升却受到了很大的阻碍，场效应管的接触电阻过大，源漏端的压降占整个源漏所加电压的3/4左右，这大大的影响了器件性能的提升。金属与碳基材料的接触电阻对器件开关电流比、跨导、本征增益和截止频率有着重要的影响。因此如何减小金属与石墨烯欧姆接触电阻成为石墨烯器件研究的重点。
【发明内容】
[0004]有鉴于此，本发明的一个目的在于提供一种减小金属与石墨烯的接触电阻的方法，本发明的另一个目的在于提供一种由此方法制备的石墨烯FET器件。
[0005]为达到上述目的，作为本发明的一个方面，本发明提供了一种减小金属与石墨烯的接触电阻的方法，包括以下步骤:
[0006]提供绝缘衬底；
[0007]在所述绝缘衬底上形成一石墨烯材料层；
[0008]在所述石墨烯材料层上图形化形成源端和漏端；
[0009]在上述形成的器件表面形成一金属层；
[0010]以所述金属层作为掩膜，对源端和漏端区域的所述金属层下方的石墨烯材料层进行缺陷化处理；
[0011]在上述形成的器件上通过金属蒸发及剥离工艺来制备源、漏电极。
[0012]其中，所述在上述形成的器件表面形成一金属层的步骤中，所述金属层是采用蒸发的方法形成。
[0013]其中，所述作为掩膜的金属层的厚度在3?8nm之间。
[0014]其中，所述作为掩膜的金属层采用金属钯、镍、钛或铬。
[0015]其中，在以所述金属层作为掩膜，对源端和漏端区域的所述金属层下方的石墨烯材料层进行缺陷化处理的步骤中，所述缺陷化处理通过利用Matrix、RIE刻蚀机或trymax半导体设备对所述石墨烯材料层进行刻蚀来实现。
[0016]其中，所述缺陷化处理是在惰性气体或者氧气与惰性气体结合的环境下进行的。
[0017]其中，所述缺陷化处理的时间在1s?180s之间。
[0018]其中，所述源电极和漏电极均采用与所述金属层相同的金属作为底层金属，金作为顶层金属。
[0019]其中，所述源电极和漏电极的底层金属的厚度均在5?50nm范围之间，顶层金属的厚度均在50?200nm范围之间。
[0020]作为本发明的另一个方面，本发明还提供了一种通过如上所述方法制备的石墨烯FET器件。
[0021]从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果:
[0022](I)本发明的方法采用金属掩膜，对接触区石墨烯进行缺陷化处理，使得在薄层金属边界或者空白处的石墨烯产生缺陷，增加接触区的导电模式，而且通过增加石墨烯的边缘，增大了 “End-contact”的接触面积，从而有效减小金属石墨稀接触电阻，增加了石墨稀FET器件的开态电流，提高了器件的跨导gm、开关电流比Ic^/1ff、截止频率fT和器件的本征增益Gain;
[0023](2)本发明方法在常规工艺流程中进行细微调整，不需要重新开发工艺，具备良好的可行性。
【附图说明】
[0024]图1至图6是根据本发明一实施例的减小金属与石墨烯的接触电阻的方法的工艺流程图。
[0025]其中，附图标记含义如下:半导体衬底10、绝缘层11、导电通道12、光刻胶13、掩膜金属14、源电极15、漏电极16。
【具体实施方式】
[0026]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
[0027]本发明公开了一种减小金属与石墨烯的接触电阻的方法，通过薄层金属掩膜对在接触区域的单层石墨烯进行破坏，引入缺陷，增加接触区域的导电模式数，增加石墨烯边界以增大“End-contact”接触面积，从而有效减小金属与石墨稀的接触电阻，增加器件的跨导、开关电流比、截止频率和器件的本征增益。
[0028]更具体地，本发明的减小金属与石墨烯的接触电阻的方法，包括以下步骤:
[0029]提供绝缘衬底；
[0030]在衬底上制备或转移石墨烯材料；
[0031]在石墨稀上图形化源端和漏端；
[0032]在表面形成一非常薄的金属层；
[0033]在该薄金属层作为掩膜的情况下，对源端和漏端区域的金属层下方的石墨烯进行缺陷化处理；
[0034]最后经金属蒸发及剥离形成制备源、漏电极。
[0035]上述方案中，图形化源端和漏端之后，在表面形成一非常薄的金属层，该薄金属层是采用蒸发的方法形成的。该金属层例如可以采用金属钯、镍、钛或铬;金属层的厚度例如在3?8nm之间。
[0036]上述方案中，在该薄金属层作为掩膜的情况下，对接触区石墨稀进行缺陷化处理的步骤中，采用的方法包括:利用Matrix、RIE刻蚀机或trymax或氧紫外线的UV等半导体设备对石墨烯材料进行刻蚀。进行缺陷化处理例如是在惰性气体或者氧气与惰性气体结合的环境下实现对石墨烯材料的刻蚀。
[0037]上述方案中，源电极和漏电极均采用与薄的金属层相同的金属作为底层金属，金作为顶层金属，即金属钯和金、镍和金、钯和金、钛和金或者铬和金。其中底层金属的厚度在5?50nm，顶层金属金的厚度为50?200nm。
[0038]下面结合附图对本发明一具体优选实施例的技术方案进行详细阐述说明。
[0039]图1至图6示出了根据本发明一实施例的减小金属与石墨烯的接触电阻的方法的工艺流程图，在本实施例中，以硅作为半导体衬底，二氧化硅作为绝缘层，石墨烯作为导电通道，金属钯作为薄层掩膜金属，金属钯/金作为源、漏电极，光刻胶AZ5214作为光刻胶来实现石墨烯和金属的良好接触。该方法具体包括以下步骤:
[0040]步骤I，石墨烯材料的制备;如图1所示，采用CVD生长的方法制备石墨烯，并转移到覆盖有二氧化硅绝缘层11的重掺杂硅衬底1上。
[0041]步骤2，匀胶，光刻显影:涂覆光刻胶AZ5214，经过曝光显影后定义源漏区图形，如图3所示。
[0042]步骤3，蒸发金属:如图4所示，利用电子束蒸发在石墨烯12的表面经电子束蒸发一掩膜金属层14，该掩膜金属层采用金属Pd，厚度选择4nm。
[0043]步骤4，对源端和漏端区域的石墨烯缺陷化处理:利用RIE刻蚀机，对薄的掩膜金属层14下方的石墨稀进行刻蚀，选择气体源为々!■/02 = 3080011:308(^111，功率选择20￥，刻蚀时间设置在10?180s之间。
[0044]步骤5，蒸发金属:如图6所示，蒸发源、漏金属(选择与掩膜金属相同的金属作为接触的底层金属，金作为顶层金属)，利用电子束蒸发一层20/200nm Pd/Au作为源、漏电极。
[0045]步骤6，剥离:金属剥离，得到源、漏电极。
[0046]通过上述实施例可以看出，本发明采用金属掩膜对接触区石墨烯进行缺陷化处理，使得金属边界下方的石墨烯产生缺陷，而被金属严密覆盖的石墨烯得到保护，这样不仅增大了石墨烯的缺陷点，而且增大了 “end-contact”的接触面积，有效降低了接触电阻，从而增加器件的跨导、开关电流比、截止频率和器件的本征增益。
[0047]以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种减小金属与石墨烯的接触电阻的方法，其特征在于，包括以下步骤: 提供绝缘衬底； 在所述绝缘衬底上形成一石墨稀材料层； 在所述石墨烯材料层上图形化形成源端和漏端； 在上述形成的器件表面形成一金属层； 以所述金属层作为掩膜，对源端和漏端区域的所述金属层下方的石墨烯材料层进行缺陷化处理； 在上述形成的器件上通过金属蒸发及剥离来制备源、漏电极。2.根据权利要求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属层的步骤中，所述金属层是采用蒸发的方法形成。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述作为掩膜的金属层的厚度在3?Snm之间。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述作为掩膜的金属层采用金属钯、镍、钛或铬。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在以所述金属层作为掩膜，对源端和漏端区域的所述金属层下方的石墨烯材料层进行缺陷化处理的步骤中，所述缺陷化处理通过利用Matrix、RIE刻蚀机或trymax半导体设备对所述石墨稀材料层进行刻蚀来实现。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述缺陷化处理是在惰性气体或者氧气与惰性气体结合的环境下进行的。7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述缺陷化处理的时间在1s?180s之间。8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述源电极和漏电极均采用与所述金属层相同的金属作为底层金属，金作为顶层金属。9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述源电极和漏电极的底层金属的厚度均在5?50nm范围之间，顶层金属的厚度均在50?200nm范围之间。10.—种通过如权利要求1至9任意一项所述的减小金属与石墨烯的接触电阻的方法制备的石墨烯FET器件。
【文档编号】H01L21/336GK105957807SQ201610304232
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年5月10日
【发明人】金智, 王少青, 毛达诚, 史敬元, 彭松昂, 张大勇
【申请人】中国科学院微电子研究所