石墨烯場效應晶體管的制備與摻雜方法研究.pdf

1、石墨烯是一種新型的二維納米材料，具有出色的電學性能，理論上載流子遷移率可以達到200000 cm2/(V?s)，是硅中電子遷移率的近200倍。完美的晶格結構使得本征石墨烯中的電子傳輸幾乎不受散射，費米速度接近光速的三百分之一。出色的性能使得石墨烯在很多方面都有潛在應用，例如傳感器、晶體管等。
　　本文基于傳統(tǒng)濕法轉移工藝建立了適合于實驗室操作的石墨烯濕法轉移工藝標準流程，有效解決了轉移過程中的石墨烯破損、背面殘留石墨烯等問題。針對

2、石墨烯轉移中易出現(xiàn)的殘膠問題，建立了PMMA覆蓋率指數(shù)（CovPRP）對殘膠量進行定量表征，通過實驗研究了后烘溫度對石墨烯殘膠的影響。研究發(fā)現(xiàn)后烘溫度越高PMMA覆蓋率指數(shù)（CovPRP）越大，另外，AFM掃描也顯示后烘以后石墨烯表面殘膠量增大。在此基礎上提出了能有效減少殘膠的Heat-Free-Transfer工藝，該工藝在濕法轉移工藝標準流程的基礎上摒棄了后烘工藝過程，同時對濕法去膠工藝進行調整，最終獲得了結構完整，質量均勻，殘膠量

3、少的石墨烯樣片。
　　在完成石墨烯轉移的基礎上進行了兩種器件的制備。一種是背柵結構的石墨烯場效應晶體管（GFET），這種背柵 GFET采用重摻雜的硅作為背柵電極；另一種是埋柵結構的射頻GFET，采用電子束光刻定義柵條寬度為80nm，30nm氧化鉿HfO2做柵介質，鈦/金做源漏電極。電學測試發(fā)現(xiàn)兩種GFET的狄拉克點電壓VDirac都大于+30V，石墨烯為P型摻雜狀態(tài)。利用矢量網(wǎng)絡分析儀測試射頻GFET的S參數(shù)并進行到h21的轉換，

4、獲得器件截止頻率為1.09Ghz，去除器件寄生參數(shù)后的截止頻率達到4.5Ghz。
　　為了利用Si3N4對石墨烯進行摻雜，首先確定了適合于在石墨烯上生長氮化硅薄膜的PECVD參數(shù)：功率10W，溫度200℃，壓強55Pa，SiH440sccm/NH340sccm，N2150sccm。按照此參數(shù)氮化硅沉積速率可以控制在1μ/s以下，然后在背柵GFET上沉積25nm Si3N4薄膜對石墨烯進行摻雜。拉曼光譜表征發(fā)現(xiàn)沉積Si3N4后石墨烯