基于SiC与氯气反应的Ni膜退火侧栅石墨烯晶体管制备方法

摘要

本发明公开了一种基于SiC与氯气反应的Ni膜退火侧栅石墨烯晶体管制备方法，主要解决现有技术制备的石墨烯晶体管栅介质导致沟道载流子迁移率降低以及不能有效控制电流传输特性的问题。其实现过程是：(1)清洗SiC样片；(2)在清洗后的SiC样片上淀积SiO2掩模，并在SiO2光刻出侧栅晶体管图形；(3)将光刻后的样片置于石英管中，与Cl2反应生成碳膜；(4)去除SiO2掩模；(5)在碳膜样片上电子束沉积一层Ni膜；(6)将碳膜样片置于Ar气中，退火生成侧栅石墨烯；(7)在石墨烯样片上淀积金属Pd/Au层并刻蚀成侧栅晶体管的金属接触。本发明制作的侧栅石墨烯晶体管载流子迁移率极高，能够精确控制单个晶体管沟道电流，并且避免顶栅石墨烯场效应管顶栅介质的散射效应。

主权项

一种基于SiC与氯气反应的Ni膜退火侧栅石墨烯晶体管制备方法，包括以下步骤：（1）对SiC样片进行清洗，以去除表面污染物；（2）在清洗后的SiC样片表面利用等离子体增强化学气相淀积PECVD方法，淀积一层0.5‑1.0μm厚的SiO2，作为掩膜；（3）光刻侧栅图形：按照侧栅石墨烯晶体管的侧栅极G、源极S、漏极D、导电沟道位置制作成光刻版；在掩膜表面旋涂浓度为3%的丙烯酸树脂PMMA溶液，并放入烘箱中，在180℃下烘烤60秒，使其与掩膜紧密结合在一起；再用电子束对PMMA曝光，将光刻版上的图形转移到SiO2掩模上，并使用缓冲氢氟酸对SiO2掩膜层进行腐蚀，露出SiC，形成侧栅晶体管形状相同的窗口；（4）将形成窗口后的样片置于石英管中，加热至700‑1100℃；（5）向石英管中通入Ar气和Cl2气的混合气体，使Cl2与裸露的SiC反应3‑8min，生成碳膜；（6）将生成的碳膜样片置于缓冲氢氟酸溶液中以去除窗口之外的SiO2；（7）在碳膜样片上电子束蒸发淀积300‑500nm厚的Ni膜；（8）将淀积有Ni膜的碳膜样片，并置于Ar气中，在温度为1000‑1200℃下退火10‑30min，使碳膜在窗口位置重构成石墨烯，同时形成侧栅石墨烯晶体管的侧栅极、源极、漏极和导电沟道；（9）将石墨烯样片置于HCl和CuSO4混合溶液中以去除Ni膜；（10）在石墨烯样片上用电子束蒸发的方法淀积金属Pd/Au接触层；（11）光刻金属电极：11a)按照侧栅、源、漏金属电极位置制作光刻版；11b)将浓度为7%的的PMMA溶液旋涂金属Pd/Au接触层上，再放入烘箱中，在200℃下烘烤80秒，使其与金属层紧密接触；11c)用电子束曝光PMMA，将光刻版上的图形转移到金属接触层上，并 使用氧气对金属接触层进行反应离子刻蚀RIE，形成侧栅晶体管的侧栅、源、漏极金属接触；（12）使用丙酮溶液浸泡制作好的样品10分钟以去除残留的PMMA，取出后烘干，获得侧栅石墨烯晶体管。