基于Ni膜退火的SiC衬底侧栅石墨烯晶体管制备方法

摘要

本发明公开了一种基于Ni膜退火的SiC衬底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顶栅电介质导致石墨烯沟道载流子迁移率降低以及载流子散射的问题。其实现步骤是：先对清洗SiC样片；再在SiC样片表面淀积一层SiO2，并在SiO2上光刻出侧栅图形；将刻蚀后的样片置于石英管中，通过气态CCl4与SiC反应，生成碳膜；然后将生成的碳膜样片置于缓冲氢氟酸溶液中去除剩余的SiO2；再碳膜样片上淀积一层Ni膜，并置于Ar气中退火，生成侧栅的石墨烯；最后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。本发明制作出的侧栅石墨烯晶体管载流子迁移率高，并且能有效的抑制散射效应，提高石墨烯晶体管栅极对沟道载流子浓度的调制作用。

主权项

一种基于Ni膜退火的SiC衬底侧栅石墨烯晶体管制备方法，包括以下步骤： （1）清洗：对SiC样片进行清洗，以去除表面污染物； （2）淀积SiO2：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0.4‑1.2μm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；再在SiO2掩膜表面以旋涂一层丙烯酸树脂PMMA溶液并烘烤，使其与掩膜紧密结合在一起；再用电子束对PMMA层曝光，形成侧栅结构图形；使用缓冲氢氟酸对曝光后的SiO2掩膜层进行腐蚀，露出SiC，得到侧栅图形相同的窗口； （4）连接装置并加热：将开窗后的样片置于石英管中，并连接好由三口烧瓶、水浴锅、电阻炉和石英管组成的反应装置，用电阻炉对石英管加热至750‑1150℃； （5）反应生成碳膜：将装有CCl4液体的三口烧瓶加热至60‑80℃，再向三口烧瓶中通入流速为40‑90ml/min的Ar气，利用Ar气携带CCl4蒸汽进入石英管中，使CCl4与裸露的SiC反应20‑100min，生成碳膜； （6）除去SiO2：将生成的碳膜样片置于缓冲氢氟酸溶液中以去除窗口以外的SiO2； （7）淀积Ni膜：在碳膜上采用电子束蒸发淀积350‑600nm厚的Ni膜； （8）在Ni膜上退火：将淀积有Ni膜碳膜样片置于流速为20‑100ml/min的Ar气中，在温度为900‑1100℃下退火10‑20分钟，使碳膜在窗口位置重构成具有侧栅图形的石墨烯，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）去除Ni膜：将生成的侧栅图形石墨烯的样片置于HCl和CuSO4混合溶液中以去除Ni膜； （10）淀积金属接触层：在去除Ni膜的侧栅图形的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）光刻金属接触层：按照侧栅、源、漏金属电极位置制作光刻版；再将浓度为7%的PMMA溶液旋涂于金属层上，并用200℃烘烤80s，使其与金属层紧密接触，用电子束曝光PMMA，形成金属接触的图形；以氧气作为反应气体，使用反应离子刻蚀RIE刻蚀曝光后的金属接触层，得到侧栅石墨烯晶体管的侧栅、源、漏金属电极； （12）去除PMMA溶液：使用丙酮溶液浸泡制作好的样片10分钟以去除PMMA，取出后烘干，获得侧栅石墨烯晶体管。