一种石墨烯纳米带器件阵列及其制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN111129113A(43)申请公布日2020.05.08(21)申请号201911346297.6(22)申请日2019.12.24(71)申请人中国科学院上海微系统与信息技术研究所地址200050上海市长宁区长宁路865号(72)发明人张苗王雅斓李攀林薛忠营狄增峰(74)专利代理机构广州三环专利商标代理有限公司44202代理人郝传鑫贾允(51)Int.Cl.H01L29/06(2006.01)H01L29/16(2006.01)H01L21/329(2006.01)H01L29/86(2006.01)权利要求书2页说明书7页附图2页(54)发明名称一种石墨烯纳米带器件阵列及其制备方法(57)摘要本发明公开了一种石墨烯纳米带器件阵列及其制备方法，涉及微电子技术领域。本发明首先通过在具有10°偏角(100)晶面的锗衬底上生长一层石墨烯薄膜，并依次经过曝出点阵阵列、覆盖掩膜层、剥离并保留点阵孔洞里的掩膜、等离子体进行刻蚀掩膜层外的石墨烯、腐蚀掉保护层、退火并生长石墨烯纳米带阵列、曝出电极区域、制备电极，最终完成直接在半导体衬底上制备石墨烯纳米带器件阵列。相比于现有技术，本发明避免了掩膜刻蚀法制备石墨烯纳米带阵列带来的石墨烯载流子迁移率降低的问题，同时打开了石墨烯的带隙；而且，本发明采用的制备工艺与目前成熟的半导体工艺兼容，为石墨烯微电子器件的实际运用和大规模生产提供了可能。CN111129113ACN111129113A权利要求书1/2页1.一种石墨烯纳米带器件阵列的制备方法，其特征在于，所述制备方法至少包括以下步骤：提供一锗衬底，其中，所述锗衬底具有10°偏角(100)晶面；在所述锗衬底上形成一层石墨烯薄膜；在所述石墨烯薄膜上形成点阵阵列；在所述点阵阵列上形成掩膜层；剥离所述点阵阵列的孔洞外的掩膜层后，刻蚀所述孔洞外的石墨烯薄膜；腐蚀所述点阵上的掩膜层；退火处理后，以石墨烯点阵为形核位点，生长纳米带阵列；在所述石墨烯纳米带阵列的两端曝出电极区域；在所述电极区域制作电极，完成石墨烯纳米带器件阵列的制备。2.根据权利要求1所述的石墨烯纳米带器件阵列的制备方法，其特征在于，在所述锗衬底上形成一层石墨烯薄膜包括：采用化学气相淀积的方式在所述锗衬底上形成一层石墨烯薄膜，其中，以Ar作为载气，以CH4作为碳源气体，以H2作为还原气体，所述H2与CH4的摩尔比为H2/CH4＝(30-40):1；沉积温度为910℃-920℃；沉积时间为300-400min。3.根据权利要求1所述的石墨烯纳米带器件阵列的制备方法，其特征在于，退火处理后，以石墨烯点阵为形核位点，生长纳米带阵列包括：在石英管中采用化学气相淀积的方式生长纳米带阵列，其中，以Ar作为载气，以CH4作为碳源气体，以H2作为还原气体，所述H2与CH4的摩尔比为H2/CH4＝(60-70):1；沉积温度为910℃-920℃；沉积时间为100-150min。4.根据权利要求1所述的石墨烯纳米带器件阵列的制备方法，其特征在于，在所述石墨烯薄膜上形成点阵阵列包括：采用电子束曝光的方式曝出所述点阵阵列的孔洞。5.根据权利要求1所述的石墨烯纳米带器件阵列的制备方法，其特征在于，在在所述点阵阵列上形成掩膜层的步骤中，所述掩膜层的材料为铝、镍、二氧化铝、硅、二氧化硅中的任意一种。6.根据权利要求1所述的石墨烯纳米带器件阵列的制备方法，其特征在于，在剥离所述点阵阵列的孔洞外的掩膜层后，刻蚀所述孔洞外的石墨烯薄膜的步骤中，采用反应等离子体刻蚀的方式刻蚀所述孔洞外的石墨烯薄膜。7.根据权利要求1所述的石墨烯纳米带器件阵列的制备方法，其特征在于，在腐蚀所述点阵上的掩膜层的步骤中，使用的腐蚀液为磷酸、氯化铁、缓冲氧化物刻蚀液中的任意一种。8.根据权利要求1所述的石墨烯纳米带器件阵列的制备方法，其特征在于，在所述石墨烯纳米带阵列的两端曝出电极区域包括：采用电子束曝光的方式在所述石墨烯纳米带阵列的两端曝出电极区域。9.根据权利要求1所述的石墨烯纳米带器件阵列的制备方法，其特征在于，在所述电极区域制作电极包括：采用电子束蒸发的方式形成所述电极，所述电极材料为钛或金。10.一种石墨烯纳米带器件阵列，其特征在于，采用权利要求1-9中任一项所述的石墨2CN111129113A权利要求书2/2页烯纳米带器件阵列的制备方法制备得到。3CN111129113A说明书1/7页一种石墨烯纳米带器件阵列及其制备方法技术领域[0001]本发明涉及微电子技术领域，尤其涉及一种石墨烯纳米带器件阵列及其制备方法。背景技术[0002]石墨烯在常温环境下具有超高的载流子迁移率，因而备受学术界和工业界的关注。然而，石墨烯零带隙的缺陷导致其无法直接制备成开关器件，从而不能真正