CN102709177A - 利用罗丹明作为缓冲层的石墨烯上生长高k介质的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于碳基集成电路制造技术领域，具体涉及一种利用罗丹明作为缓冲层的石墨烯上高k介质原子层沉积方法。本发明方法在石墨烯表面覆盖罗丹明缓冲层，通过原子层沉积实现高k介质在石墨烯表面的均匀淀积。利用罗丹明缓冲层是一种新颖的在石墨烯表面生长高k介质的方法，它可以直接应用在纳米尺度的平面器件制备当中。另外，该方法也可以作为石墨烯基电子器件的基本加工工艺。

Description

利用罗丹明作为缓冲层的石墨烯上生长高k介质的方法

技术领域

本发明属于碳基集成电路制造技术领域，具体涉及一种在石墨烯表面生长均匀的高k介质的方法。

背景技术

在半导体制造领域，摩尔定律的不断延展与纵深使得硅基集成电路器件尺寸距离其物理极限越来越近，逐渐达到其材料加工极限——10纳米线宽，而硅基集成电路在11纳米后面临着电流传输损耗，量子效应，热效应等挑战，因此很难生产出性能稳定、集成度更高的产品。

在2004年，一种新材料——石墨烯（Graphene）的发现让人们看见了曙光。石墨烯（Graphene）是由单层六角元胞碳原子组成的蜂窝状二维晶体，是石墨中的一层。图1所示为石墨烯的结构示意图。石墨烯具有远比硅高的载流子迁移率，对于零禁带宽度的石墨烯施加电场，进行掺杂或者制备成石墨烯纳米带等处理，可以打开石墨烯的禁带，使得它成为一种性能优异的半导体材料，石墨烯被认为是下一代集成电路中有望延续摩尔定律的重要材料。

石墨烯表现出的高电子迁移率的特性使其最早被应用在高频器件中，但是，如何在石墨烯上生长出高质量高均匀性的高k介质却成为石墨烯广泛应用于高频器件的一大挑战。作为生长高k介质方法中的一种，使用薄的有机物涂层作为生长高k介质的缓冲层，是一种简洁和新颖的方法，将进一步推动碳基集成电路的发展。

发明内容

本发明的目的在于提出一种适用于石墨烯上生长均匀高k介质的方法，这种高k介质的生长方法可以在未来超越硅材料后的碳基大规模集成电路制造中获得全面应用。

本发明提出的石墨烯上生长高k介质的方法，具体步骤包括：

提供需要生长高k介质的石墨烯薄膜；

将罗丹明（Rhodamine）溶于乙醇中，配制得到有机缓冲层溶液；溶液浓度为1mg/ml-5 mg/ml；

将所述石墨烯层样品浸泡于上述有机缓冲层溶液中，浸泡的时间为25--35分钟，然后取出，在室温下自然干燥，在石墨烯层上形成罗丹明有机缓冲层；其厚度在1-10纳米范围内；

利用原子层沉积方法在有机缓冲层之上生长高k介质，沉积温度控制为100℃-200℃。

进一步地，所述的提供需要生长高k介质的石墨烯薄膜样品应该生长或者转移在具有一定厚度的绝缘衬底上。配制的有机缓冲层溶液采用的溶质为罗丹明，溶剂为乙醇，浓度约为1mg/mL-5 mg/ml。通过浸泡的方法在石墨烯表面形成有机物缓冲层，浸泡的时间不应过长，确保覆盖的罗丹明涂层的厚度应当在10 nm之内。将样品在室温下自然吹干之后，通过原子层沉积的方法在涂有缓冲层的样品上生长高k介质，沉积温度应当控制在罗丹明涂层的熔点之下。

本发明采用在石墨烯表面旋涂罗丹明有机涂层作为缓冲层的方法，通过原子层淀积，可以实现石墨烯上高k介质的生长。利用罗丹明这种有机物作为缓冲层是一种新颖的便捷的在石墨烯上生长高k介质的方法，由此方法制备的高k介质具有很好的均匀性，它大大简化了在石墨烯上高k介质的制备，可以直接应用在纳米尺度的平面器件制备当中。该方法也可以作为石墨烯基电子器件的基本加工工艺。

附图说明

图1为石墨烯基本结构示意图。

图2至图6为本发明提供的罗丹明有机缓冲层形成示意图。

图7为本发明的操作流程图。

具体实施方式

本发明所提出的使用在石墨烯表面覆盖罗丹明涂层作为缓冲层实现原子层沉积高k介质比较稳定和可靠的，可以被当作一种常规手段来完成石墨烯上的高k介质生长。以下所述的是采用本发明所提出的使用在石墨烯表面利用罗丹明有机缓冲层的原子层生长高k介质的实施例。

首先，在Si衬底101上生长一层SiO₂薄膜102，再将CVD生长的石墨烯薄膜转移到SiO₂表面，形成薄膜103，如图2所示。

接下来，配制罗丹明/乙醇溶液，将石墨烯样品沉浸于罗丹明/乙醇溶液中并干燥样品。具体步骤为，按照1mg/mL-5 mg/ml（例如1mg/mL、3mg/mL、5 mg/ml均可）的浓度，将罗丹明溶解于乙醇溶液中并且搅拌均匀，如图3所示。将制得的石墨烯样品浸入配制的罗丹明/乙醇有机溶液中，使溶液完全淹没样品，如图4所示。30分钟后取出样品，在室温下自然吹干样品，如图5所示。这样在样品表面形成了10 nm厚度以下的有机层104，如图6所示。 

接下来，通过原子层沉积的手段在样品表面沉积高k介质。具体步骤为，设置反应温度为100℃-200℃（例如100℃、150℃、200℃均可）并加热反应腔，将样品放入ALD反应腔，当温度达到设定温度时，选择三甲基铝和水作为反应源，设定反应周期数，开始进行原子层淀积。当反应结束后，关闭源，清洗管路，取出样品。

如上所述，在不偏离本发明精神和范围的情况下，还可以构成许多有很大差别的实施例。应当理解，除了如所附的权利要求所限定的，本发明不限于在说明书中所述的具体实例。

Claims (2)

1.一种在石墨烯表面生长高k介质的方法，其特征在于具体步骤为： 

提供需要生长高k介质的石墨烯薄膜；

将罗丹明溶于乙醇中，配制得到有机缓冲层溶液；溶液浓度为1mg/ml-5 mg/ml；

将所述石墨烯层样品浸泡于上述有机缓冲层溶液中，浸泡的时间为25--35分钟，然后取出，在室温下自然干燥，在石墨烯层上形成罗丹明有机缓冲层；其厚度在1-10纳米范围内；

利用原子层沉积方法在有机缓冲层之上生长高k介质，沉积温度控制为100℃-200℃。

2.根据权利要求1所述的生长高k介质方法，其特征在于所述的石墨烯薄膜是生长在绝缘衬底上的。

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