本文關(guān)鍵詞：石墨烯場效應(yīng)晶體管的制備與摻雜方法研究

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【摘要】：石墨烯是一種新型的二維納米材料,具有出色的電學(xué)性能,理論上載流子遷移率可以達(dá)到200000 cm~2/(V×s),是硅中電子遷移率的近200倍。完美的晶格結(jié)構(gòu)使得本征石墨烯中的電子傳輸幾乎不受散射,費(fèi)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(yīng)用,例如傳感器、晶體管等。本文基于傳統(tǒng)濕法轉(zhuǎn)移工藝建立了適合于實(shí)驗(yàn)室操作的石墨烯濕法轉(zhuǎn)移工藝標(biāo)準(zhǔn)流程,有效解決了轉(zhuǎn)移過程中的石墨烯破損、背面殘留石墨烯等問題。針對石墨烯轉(zhuǎn)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(jìn)行定量表征,通過實(shí)驗(yàn)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(chǔ)上提出了能有效減少殘膠的Heat-Free-Transfer工藝,該工藝在濕法轉(zhuǎn)移工藝標(biāo)準(zhǔn)流程的基礎(chǔ)上摒棄了后烘工藝過程,同時對濕法去膠工藝進(jìn)行調(diào)整,最終獲得了結(jié)構(gòu)完整,質(zhì)量均勻,殘膠量少的石墨烯樣片。在完成石墨烯轉(zhuǎn)移的基礎(chǔ)上進(jìn)行了兩種器件的制備。一種是背柵結(jié)構(gòu)的石墨烯場效應(yīng)晶體管(GFET),這種背柵GFET采用重?fù)诫s的硅作為背柵電極;另一種是埋柵結(jié)構(gòu)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(zhì),鈦/金做源漏電極。電學(xué)測試發(fā)現(xiàn)兩種GFET的狄拉克點(diǎn)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(luò)分析儀測試射頻GFET的S參數(shù)并進(jìn)行到h21的轉(zhuǎn)換,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(dá)到4.5Ghz。為了利用Si_3N_4對石墨烯進(jìn)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(qiáng)55Pa,SiH4 40sccm/NH3 40sccm,N2 150sccm。按照此參數(shù)氮化硅沉積速率可以控制在1?/s以下,然后在背柵GFET上沉積25nm Si_3N_4薄膜對石墨烯進(jìn)行摻雜。拉曼光譜表征發(fā)現(xiàn)沉積Si_3N_4后石墨烯D峰強(qiáng)度較小,G峰向低波數(shù)方向移動,電學(xué)測試觀察到GFET的狄拉克點(diǎn)電壓VDirac左移至-25V,相比摻雜前的VDirac變化超過55V,表明氮化硅對石墨烯引入了N型摻雜。19天的跟蹤測試發(fā)現(xiàn)背柵GFET的VDirac發(fā)生了退化,并且VDirac逐漸趨向于-5V,表明氮化硅摻雜石墨烯具有一定的穩(wěn)定性。研究發(fā)現(xiàn)石墨烯上的PECVD氮化硅可以對石墨烯引入N型摻雜,并且摻雜具有一定的穩(wěn)定性。
【關(guān)鍵詞】：石墨烯 晶體管 PECVD 摻雜 氮化硅
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN386
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 緒論10-17
• 1.1 引言10-11
• 1.2 石墨烯的性質(zhì)11-13
• 1.2.1 石墨烯的結(jié)構(gòu)11-12
• 1.2.2 石墨烯的物理性質(zhì)12-13
• 1.3 石墨烯國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀13-15
• 1.3.1 石墨烯場效應(yīng)晶體管的研究現(xiàn)狀13-14
• 1.3.2 石墨烯摻雜的研究現(xiàn)狀14-15
• 1.4 論文的研究意義和內(nèi)容15-17
• 1.4.1 論文的研究意義15
• 1.4.2 本文的主要工作15-17
• 第二章 石墨烯的制備與表征17-25
• 2.1 引言17
• 2.2 石墨烯的制備17-20
• 2.2.1 微機(jī)械剝離法17-18
• 2.2.2 熱分解碳化硅法18-19
• 2.2.3 還原氧化石墨烯法19
• 2.2.4 化學(xué)氣相淀積法19-20
• 2.3 石墨烯的表征20-24
• 2.3.1 光學(xué)顯微鏡20-21
• 2.3.2 原子力顯微鏡21-22
• 2.3.3 拉曼光譜22-24
• 2.3.4 其他表征方法24
• 2.4 本章小結(jié)24-25
• 第三章 石墨烯濕法轉(zhuǎn)移工藝研究25-35
• 3.1 引言25
• 3.2 石墨烯濕法轉(zhuǎn)移工藝標(biāo)準(zhǔn)流程25-27
• 3.3 后烘溫度對PMMA殘留的影響27-31
• 3.3.1 光學(xué)顯微鏡對PMMA殘留的表征27-29
• 3.3.2 PMMA覆蓋率指數(shù)的定量表征29-31
• 3.4 石墨烯HEAT-FREE-TRANSFER工藝31-33
• 3.5 本章小結(jié)33-35
• 第四章 石墨烯MOSFET的制備與性能測試分析35-52
• 4.1 引言35
• 4.2 石墨烯MOSFET的結(jié)構(gòu)及原理35-36
• 4.3 石墨烯MOSFET的制備36-42
• 4.3.1 背柵結(jié)構(gòu)MOSFET的制備36-38
• 4.3.2 射頻石墨烯晶體管的制備38-42
• 4.4 石墨烯MOSFET的性能測試和分析42-50
• 4.4.1 背柵GFET的測試分析42-45
• 4.4.2 射頻GFET的測試分析45-50
• 4.5 本章小結(jié)50-52
• 第五章N型摻雜石墨烯及其場效應(yīng)晶體管52-74
• 5.1 引言52
• 5.2 PECVD及氮化硅生長參數(shù)研究52-63
• 5.2.1 單一條件影響下的成膜分析54-57
• 5.2.2 約化功率密度綜合分析模型57-61
• 5.2.3 PECVD生長氮化硅關(guān)鍵參數(shù)分析61-63
• 5.3 氮化硅摻雜石墨烯及其場效應(yīng)晶體管63-73
• 5.3.1 氮化硅摻雜石墨烯的XPS分析63-64
• 5.3.2 氮化硅摻雜石墨烯的Raman分析64-69
• 5.3.3 氮化硅摻雜GFET的穩(wěn)定性分析69-73
• 5.3.4 氮化硅摻雜石墨烯的原理分析73
• 5.4 本章小結(jié)73-74
• 第六章 總結(jié)與展望74-75
• 6.1 總結(jié)74
• 6.2 展望74-75
• 致謝75-76
• 參考文獻(xiàn)76-80
• 攻碩期間獲得的研究成果80-81

【相似文獻(xiàn)】

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