一種以石墨烯作為接觸電極的器件結構及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于微電子領域，涉及一種以石墨烯作為接觸電極的器件結構及其制備方法。
【背景技術】
[0002]石墨烯作為最早發(fā)現(xiàn)的唯一可以在室溫環(huán)境下穩(wěn)定存在的二維原子晶體，由于其優(yōu)異的電學性能已經(jīng)在射頻晶體管，邏輯開關，存儲器，傳感器，透明導電電極等領域得到廣泛的研究與應用。
[0003]石墨烯的誕生開啟了人們對新型二維電子材料領域的廣泛關注與探索，因此繼石墨烯之后研究人員發(fā)現(xiàn)了一系列具有單層原子厚度的二維半導體/超導材料，如黑鱗、MoS2' MoSe、MoTe2' WSe2、WTe、TiSe2、PtSe2、PdSe2、CdS、CdSe 等。這些二維晶體由于具有單層原子厚度的結構，以及特殊的物理化學特性如光、電、磁、力、熱學性質(zhì)，可以用來制備柔性電子及低功耗功能器件，在能源、國防、通訊、電子、人工智能和信息技術等領域具有廣泛的應用前景。最重要的是這些新興的二維晶體材料將會突破現(xiàn)有微電子器件制造工藝的瓶頸并發(fā)展成為制備下一代新型電子器件的重要材料。另外現(xiàn)有的器件制備工藝如濕法轉(zhuǎn)移、光刻、刻蝕、金屬沉積等工藝會對造成材料表面污染、褶皺及晶格破壞等，另外電極接觸電阻太大也會嚴重影響器件性能。因此器件結構及制備工藝設計以及金屬電極接觸電阻作為影響器件性能的兩個至關重要的因素，對于二維新型材料器件的發(fā)展與應用起著至關重要的作用。因此針對這些問題，本發(fā)明將采用h-BN作為器件封裝及襯底層保護器件避免受到空氣中H20、O2及微粒的摻雜干擾作用。采用干法轉(zhuǎn)移薄，盡量半導體工藝對材料本身性能造成的影響。另外由于石墨烯具有較高的載流子迀移率，利用石墨烯作為電極，與金屬形成一維接觸將有效減低器件接觸電阻，有效克服二維半導體/超導材料的器件的缺點并加快其應用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]鑒于以上所述現(xiàn)有技術的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種以石墨烯作為接觸電極的器件結構技術領域，用于解決現(xiàn)有技術中提高石墨烯器件性能面臨的的難題。
[0005]為實現(xiàn)上述目的及其他相關目的，本發(fā)明提供一種以石墨烯作為接觸電極的器件及其制備方法，該方法至少包括以下步驟:
[0006]I)提供第一、第二、第三、第四襯底以及PDMS薄膜；
[0007]2)在所述第一襯底上依次形成聚碳酸亞丙酯PPC薄膜和機械剝離的第一 h-BN薄膜；形成一 PPC — h-BN結構
[0008]3)將形成于所述第一襯底上的PPC—h-BN結構機械剝離放置于所述PDMS薄膜上；形成 PDMS — PPC — h-BN 結構；
[0009]4)在所述第二襯底上形成石墨烯薄膜，圖形化以形成石墨烯電極；
[0010]5)用所述PDMS—PPC—h-BN結構吸附步驟4)中的石墨烯電極，形成PDMS—PPC—h-BN一石墨稀結構；
[0011]6)在所述第三襯底上形成機械剝離的第二 h-BN薄膜；在所述第四襯底上形成機械剝離的MoS2薄膜；
[0012]7)用所述PDMS — PPC — h-BN—石墨烯結構吸附所述MoS2薄膜，形成PDMS—PPC—h-BN—石墨稀一MoS2結構；
[0013]8)將PDMS — PPC — h-BN—石墨烯一MoS2結構放置在所述第三襯底的第二 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結構；
[0014]9)將整個h-BN—石墨烯一MoS2+h-BN結構采用反應離子進行刻蝕，形成規(guī)則的器件結構，露出h-BN—石墨烯一MoS2—h_BN截面結構；
[0015]10)沉積金屬，覆蓋露出的h-BN—石墨稀一MoS2一h_BN截面結構，形成一維石墨稀與金屬電極接觸。
[0016]本發(fā)明還提供另一種低接觸電阻的石墨烯器件及其制備方法，該方法主要包括以下步驟:
[0017]I)提供第一、第二、第三、第四襯底以及第一、第二 PDMS薄膜；
[0018]2)在所述第一襯底上依次形成聚碳酸亞丙酯PPC薄膜和第一 h-BN薄膜；形成一PPC — h-BN 結構；
[0019]3)將形成于所述第一襯底上的PPC — h-BN結構機械剝離放置于所述第一 PDMS薄膜上；形成PDMS — PPC — h-BN結構；
[0020]4)在所述第二襯底上形成MoS2薄膜；
[0021 ] 5)用所述PDMS — PPC — h-BN結構吸附步驟4)中的MoS2薄膜；獲得PDMS — PPC—h-BN — MoS2結構；
[0022]6)在所述第三襯底上形成石墨烯薄膜，圖形化以形成石墨烯電極；在所述第二PDMS薄膜上形成聚碳酸亞丙酯PPC薄膜，然后吸附形成于第三襯底上的石墨烯電極，形成PDMS — PPC—石墨烯結構；
[0023]7)在所述第四襯底上形成第二 h-BN薄膜；將所述
[0024]PDMS — PPC—石墨烯結構放置于第四襯底上的h_BN上，隨后揭下PDMS，并去除PPC，形成襯底一h-ΒΝ薄膜一石墨稀結構；
[0025]8)采用步驟5獲得PDMS — PPC — h-BN — MoSgg構覆蓋在所述襯底一h-BN薄膜一石墨稀結構上；去除PDMS薄膜和PPC薄膜后，形成襯底一h_BN薄膜一石墨稀-MoS2一h-BN結構；
[0026]9)將整個襯底一h-BN薄膜一石墨烯一MoS2+h-BN結構采用反應離子進行刻蝕，形成規(guī)則的器件結構，使整個結構截面露出線狀石墨烯邊界；
[0027]10)沉積金屬，覆蓋露出的襯底一h-BN薄膜一石墨烯一MoS2—h_BN結構截面結構，形成一維石墨稀與金屬電極接觸。
[0028]本發(fā)明針對基于石墨烯結合新型二維半導體材料器件結構及制備工藝技術的一些關鍵問題，提出了提供一種以石墨烯作為接觸電極的器件結構技術領域。通過干法轉(zhuǎn)移的方法，形成金屬一h-BN—石墨烯一MoS2—h_BN結構的器件。避免了濕法轉(zhuǎn)移帶來的污染與雜質(zhì)，膜層之間通過通過范德華力吸附形成超干凈的界面，減少了缺陷及電荷捕獲避免載流子迀移率的下降。減少了光刻、刻蝕等圖形化工藝，同時避免了金屬直接沉積在此&表面對其造成破環(huán)，另外石墨烯作為電極通過調(diào)節(jié)背柵電壓能夠調(diào)節(jié)石墨烯的費米能級，實現(xiàn)石墨烯與MoS2能帶匹配，因而形成石墨烯與MoS 2薄膜近似完美的無接觸勢皇。采用h-BN作為器件襯底及封裝層，能夠很好的保護器件并避免材料中載流子受到電荷雜質(zhì)的散射而降低器件性能。此外金屬與石墨烯電極之間的一維接觸能夠有效降低器件電阻，解決了微電子器件制備過程中如何降低器件接觸電阻的難題。
【附圖說明】
[0029]圖1至圖16顯示為本發(fā)明實施例一的制備流程圖。
[0030]圖17-33顯示為本發(fā)明實施例二的制備流程圖。
[0031]元件標號說明
[0032]PDMS 薄膜1、I，
[0033]第一襯底10、10’
[0034]PPC 薄膜11、11，
[0035]第一h-BN 薄膜 12、12’
[0036]第二襯底20、20’
[0037]石墨烯薄膜21、21’
[0038]石墨烯電極 210、210’
[0039]第三襯底30、30’
[0040]MoS2 薄膜 31、31，
[0041]第四襯底 40、40’
[0042]第二h-BN 薄膜 41、41’
[0043]金屬電極50、50’
【具體實施方式】
[0044]以下通過特定的具體實例說明本發(fā)明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的【具體實施方式】加以實施或應用，本說明書中的各項細節(jié)也可以基于不同觀點與應用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進行各種修飾或改變。需說明的是，在不沖突的情況下，以下實施例及實施例中的特征可以相互組合。
[0045]需要說明的是，以下實施例中所提供