發(fā)布時(shí)間：2017-09-30 16:19

  本文關(guān)鍵詞：石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備及性能研究

  更多相關(guān)文章： 石墨烯 場(chǎng)效應(yīng)晶體管 一氧化硅(SiO) 電學(xué)性能

【摘要】：石墨烯作為一種新型的二維材料,自2004年第一次被發(fā)現(xiàn)后便引起了各領(lǐng)域科研工作者的廣泛關(guān)注。這種只由一層碳原子構(gòu)成的二維平面晶體具有很多優(yōu)良的性質(zhì),比如：極高的載流子遷移率和飽和漂移速度、亞微米級(jí)的彈道輸運(yùn)、優(yōu)良的機(jī)械性能和熱導(dǎo)率,以及良好的光學(xué)性能等。隨著硅基集成電路的尺寸逐步逼近摩爾定律的極限,石墨烯有望取代硅成為下一代集成電路材料。而且由于極高的載流子遷移率,石墨烯很適合應(yīng)用于射頻器件。石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管(GFET)是實(shí)現(xiàn)基于石墨烯的射頻器件、傳感器和集成電路的基本器件結(jié)構(gòu)。因此,本論文深入分析了GFET的研究背景和現(xiàn)狀,研究了GFET的制備工藝流程和電學(xué)性能,重點(diǎn)對(duì)GFET的介質(zhì)層進(jìn)行了研究。本文的主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下：(1)第一章我們介紹了石墨烯的基本性質(zhì)和制備方法,概述了GFET的結(jié)構(gòu)和工作原理,詳細(xì)分析了GFET的應(yīng)用領(lǐng)域和研究現(xiàn)狀,以及目前研究存在的問題,引出了本論文的選題思路和主要研究?jī)?nèi)容。(2)第二章我們首先對(duì)石墨烯樣品進(jìn)行了拉曼表征。在測(cè)試范圍內(nèi)沒有觀察到D峰；G峰和2D峰的比值為0.216,說明石墨烯樣品為高質(zhì)量的單層石墨烯。然后介紹了本文采用的紫外光刻技術(shù)以及光刻膠的分類和各自的適用范圍,探索了最佳的光刻工藝參數(shù)。接著采用傳輸線法(TLM)測(cè)試了不同金屬與石墨烯之間的接觸電阻,選用了Ti/Au作為石墨烯的歐姆接觸金屬。最后介紹了底柵GFET的制備流程和測(cè)量原理,制備了底柵GFET器件并進(jìn)行了電學(xué)測(cè)試,提取了電學(xué)參數(shù)。在測(cè)試范圍內(nèi)沒有觀察到狄拉克點(diǎn),主要是由于石墨烯表面殘留的光刻膠以及石墨烯表面吸附的水和氧氣對(duì)石墨烯進(jìn)行了摻雜導(dǎo)致。(3)第三章首先闡述了頂柵介質(zhì)層對(duì)頂柵GFET的重要性,對(duì)比了不同介質(zhì)層制備方法對(duì)石墨烯電學(xué)性能的影響,介紹了簡(jiǎn)單且低損傷的熱蒸發(fā)方法,選用易升華的一氧化硅(SiO)作為蒸發(fā)材料。通過底柵測(cè)試分析蒸發(fā)SiO前后底柵GFET性能的變化,說明熱蒸發(fā)的SiO對(duì)石墨烯的影響很小。然后通過對(duì)Ti-SiO-Ti三明治結(jié)構(gòu)進(jìn)行了電學(xué)測(cè)試,結(jié)果表明30 nm厚的熱蒸發(fā)SiO薄膜具有較高的介電常數(shù)(εr=5.3)和擊穿場(chǎng)強(qiáng)(EB= 4.1 MV/cm),適合作為GFET的頂柵介質(zhì)層。介紹了頂柵GFET的制備流程,制備了以熱蒸發(fā)SiO為介質(zhì)層的頂柵GFET并進(jìn)行了電學(xué)測(cè)試,證明了熱蒸發(fā)SiO足以作為頂柵GFET的介質(zhì)層。低損傷的熱蒸發(fā)方法也適用于制備基于其他脆弱的二維材料器件的介質(zhì)層。最后嘗試了制備將SiO同時(shí)作為犧牲層和介質(zhì)層的器件,為優(yōu)化和簡(jiǎn)化GFET的工藝流程提供了新視角。結(jié)果表明SiO可以起到犧牲層的作用,避免了石墨烯與光刻膠的接觸,降低了金屬與石墨烯間的接觸電阻。但由于SiO與石墨烯的熱膨脹系數(shù)不同,在石墨烯溝道上的SiO薄膜容易發(fā)生形變,導(dǎo)致器件失效。我們通過改變工藝解決了SiO形變的問題。(4)第四章的主要內(nèi)容是對(duì)本論文進(jìn)行總結(jié)概括,指出論文的創(chuàng)新點(diǎn),并對(duì)今后擬開展的新的研究工作進(jìn)行展望。
【關(guān)鍵詞】：石墨烯 場(chǎng)效應(yīng)晶體管 一氧化硅(SiO) 電學(xué)性能
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN386;O613.71
【目錄】：

• 摘要9-11
• Abstract11-13
• 第一章 緒論13-33
• 1.1 石墨烯概述13-18
• 1.1.1 石墨烯的結(jié)構(gòu)和基本性質(zhì)13-15
• 1.1.2 石墨烯的制備方法15-17
• 1.1.3 各種制備方法的對(duì)比17-18
• 1.2 石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管(GFET)的結(jié)構(gòu)和原理18-20
• 1.2.1 GFET的結(jié)構(gòu)18-19
• 1.2.2 GFET的工作原理19-20
• 1.3 GFET的應(yīng)用和研究現(xiàn)狀20-26
• 1.3.1 GFET的應(yīng)用概述20-21
• 1.3.2 射頻(RF)GFET21-22
• 1.3.3 GFET集成電路22-23
• 1.3.4 基于GFET的新型器件23-24
• 1.3.5 GFET電學(xué)特性的研究現(xiàn)狀24-26
• 1.4 本論文的選題思路及主要的研究?jī)?nèi)容26-28
• 參考文獻(xiàn)28-33
• 第二章 底柵GFET的制備及電學(xué)測(cè)試33-55
• 2.1 石墨烯樣品的表征33-34
• 2.1.1 拉曼表征石墨烯的原理33-34
• 2.1.2 本實(shí)驗(yàn)所用樣品的拉曼表征結(jié)果34
• 2.2 紫外光刻的原理和工藝優(yōu)化34-40
• 2.2.1 紫外光刻的原理34-36
• 2.2.2 光刻膠介紹和光刻工藝優(yōu)化36-40
• 2.3 金屬-石墨烯歐姆接觸40-45
• 2.3.1 金屬-石墨烯歐姆接觸的測(cè)試方法40-41
• 2.3.2 金屬-石墨烯歐姆接觸的樣品制備41-42
• 2.3.3 金屬-石墨烯歐姆接觸的實(shí)驗(yàn)結(jié)果42-45
• 2.4 底柵GFET的制備流程和性能測(cè)試45-51
• 2.4.1 底柵GFET的工藝流程45-46
• 2.4.2 測(cè)試設(shè)備和測(cè)試條件46-48
• 2.4.3 GFET電學(xué)參數(shù)的計(jì)算48-50
• 2.4.4 GFET的電學(xué)測(cè)試及結(jié)果分析50-51
• 2.5 本章小結(jié)51-52
• 參考文獻(xiàn)52-55
• 第三章 熱蒸發(fā)SiO作介質(zhì)層的頂柵GFET的制備及電學(xué)測(cè)試55-75
• 3.1 熱蒸發(fā)SiO對(duì)GFET性能的影響56-58
• 3.2 SiO薄膜的電學(xué)性質(zhì)58-59
• 3.3 頂柵GFET的制備流程和性能測(cè)試59-63
• 3.3.1 頂柵GFET的制備流程59-61
• 3.3.2 頂柵GFET的測(cè)試與結(jié)果分析61-63
• 3.4 SiO同時(shí)作為犧牲層和介質(zhì)層的器件63-72
• 3.4.1 濕法刻蝕SiO63-64
• 3.4.2 SiO同時(shí)作為犧牲層和介質(zhì)層的器件的工藝流程64-66
• 3.4.3 SiO同時(shí)作為犧牲層和介質(zhì)層的器件的電學(xué)測(cè)試66-69
• 3.4.4 SiO同時(shí)作為犧牲層和介質(zhì)層造成的問題及解決辦法69-72
• 3.5 本章小結(jié)72-73
• 參考文獻(xiàn)73-75
• 第四章 總結(jié)與展望75-77
• 4.1 論文工作總結(jié)75
• 4.2 本論文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)75
• 4.3 展望75-77
• 致謝77-79
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文和參加科研情況79-80
• 學(xué)位論文評(píng)閱及答辯情況表80

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