CN103165469A - 基于Ni膜退火的Si衬底侧栅石墨烯晶体管制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于Ni膜退火的Si衬底侧栅石墨烯晶体管制备方法，其实现步骤如下：(1)清洗Si衬底；(2)在Si衬底上先生长一层碳化层作为过渡，再在温度1200℃-1350℃下生长3C-SiC薄膜；(3)在3C-SiC样片表面淀积一层SiO₂，并光刻出侧栅晶体管的侧栅极、源极、漏极和导电沟道图形窗口，露出3C-SiC；(4)将开窗后裸露的3C-SiC在800-1000℃下与气态CCl₄反应，生成碳膜；(5)去除剩余的SiO₂；(6)在碳膜上电子束蒸发沉积Ni膜；（7）将沉积有Ni膜的碳膜样片置于Ar气中，在1000-1200℃温度下退火15-25min，生成侧栅石墨烯晶体管图形；(8)在石墨烯样片上淀积金属Pd/Au层，并刻蚀形成金属电极。本发明制作出的侧栅石墨烯晶体管工艺步骤简单，载流子迁移率高，具有良好的输运特性，能避免顶栅石墨烯晶体管顶栅介质的散射效应。

Description

基于Ni膜退火的Si衬底侧栅石墨烯晶体管制备方法

技术领域

本发明属于微电子技术领域，涉及一种半导体器件的制备方法，具体地说是基于Ni膜退火的Si衬底侧栅石墨烯晶体管制备方法。

技术背景

随着人们对高性能，高可靠性，低能耗设备需求的提高，对集成电路上器件特性变得愈发关注。石墨烯，这种由二维六角形碳晶格组成的材料，由于其突出的电学结构特性自2004年被英国曼彻斯特大学的两位科学家安德烈·杰姆和克斯特亚·诺沃消洛夫发现得到后，即被当做制造高性能器件的备选材料。

近年来，关于石墨烯的器件研究的文献大量涌现，石墨烯在电容、太阳能电池、透明电极方面都有很多报道，例如Stoller等人利用石墨烯研制出超级电容，Wang.X等人用石墨烯作为太阳能电池的电极等。

在晶体管应用方面也有很多报道，例如Georgia技术学会利用外延石墨烯层制作出顶栅晶体管，Purdue大学的J.F.Tian等人制作出金属侧栅石墨烯晶体管等。目前，石墨烯晶体管制造工艺的问题和难点主要集中在以下几个方面：第一，在材料方面，使用现有的制备方法，很难在一个衬底上淀积出用于制作晶体管的大面积连续石墨烯；第二，在制造方面，由于石墨烯禁带宽度几乎为零，因而需要设计一种特殊的栅结构来控制沟道载流子浓度；第三，在衬底方面，衬底散射会使载流子的迁移率大幅下降，同时有可能导致器件击穿。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种基于Ni膜退火的Si衬底侧栅石墨烯晶体管制备方法,免除在制造器件过程中要对石墨烯进行刻蚀的工艺过程，提高侧栅结构晶体管的输运特性，避免顶栅石墨烯场效应管顶栅介质的散射效应。

为实现上述目的，本发明的制备方法包括以下步骤：

（1）Si衬底清洗：对4-12英寸的Si衬底基片进行标准清洗；

（2）Si衬底上生长碳化层：将清洗后的Si衬底基片放入CVD系统反应室中，对反应室抽真空达到10^-7mbar级别；在H₂保护的情况下，使反应室逐步升温至碳化温度1000℃-1200℃，通入流量为30ml/min的C₃H₈，对衬底进行碳化4-8min，生长一层碳化层；

（3）生长3C-SiC薄膜：对反应室加温至生长温度1200℃-1350℃，通入C₃H₈和SiH₄，进行3C-SiC薄膜异质外延生长，时间为30-60min，然后在H₂保护下逐步降温至室温，完成3C-SiC薄膜的生长；

（4）淀积SiO₂掩膜：在生长好的3C-SiC薄膜表面利用等离子体增强化学气相沉积PECVD淀积一层0.5-1μm厚的SiO₂，作为掩膜；

（5）光刻掩膜层：按照侧栅石墨烯晶体管的的侧栅极、源极、漏极和导电沟道图形制作成光刻版；在掩膜表面以旋涂一层浓度为3%的丙烯酸树脂PMMA溶液，并在180℃下烘烤60秒，使其与掩膜紧密结合在一起；用电子束对丙烯酸树脂PMMA层曝光，电子加速电压100kV，曝光强度为8000-9000μC/cm²，将光刻版上的图形转移到掩膜上；使用缓冲氢氟酸对SiO₂掩膜层进行腐蚀，露出3C-SiC，形成侧栅石墨烯晶体管的侧栅极、源极、漏极和导电沟道图形；

（6）连接反应装置并加热：将开窗后的样片置于石英管中，并连接好由三口烧瓶、水浴锅、石英管和电阻炉组成的反应装置，再对石英管加热至800-1000℃；

（7）反应生成碳膜：对装有CCl₄液体的三口烧瓶加热至60-80℃，再向三口烧瓶中通入流速为40-80ml/min的Ar气，利用Ar气携带CCl₄蒸汽进入石英管中，使CCl₄与裸露的3C-SiC反应30-120min，生成碳膜；

（8）去除SiO₂掩膜：将生成的碳膜样片置于缓冲氢氟酸溶液中以去除窗口以外的SiO₂掩膜；

（9）电子束沉积Ni膜：在去除了SiO₂的碳膜样片上用电子束沉积300-500nm厚的Ni膜；

（10）退火重构成石墨烯：将沉积有Ni膜的碳膜样片置于Ar气中在温度为1000-1200℃下退火15-25分钟，使碳膜在窗口位置重构成石墨烯，形成侧栅石墨烯晶体管的侧栅极、源极、漏极和导电沟道，再置于HCl和CuSO₄混合溶液中去除Ni膜；

（11）淀积金属接触层：在已退火后的石墨烯样片上用电子束蒸发的方法淀积金属Pd和金属Au作为侧栅石墨烯晶体管的接触层；

（12）光刻金属形成电极：按照侧栅石墨烯晶体管的侧栅极、源极、漏极的电极图形制作光刻版；将浓度为7%的丙烯酸树脂PMMA溶液旋涂于金属接触层上，并用180℃烘烤60秒，使其与金属接触层紧密接触；用电子束曝光丙烯酸树脂PMMA，将光刻版上的图形转移到金属上；以氧气为刻蚀气体采用反应离子刻蚀RIE金属接触层，形成侧栅石墨烯晶体管的侧栅极、源极、漏极金属电极；

（13）去除PMMA：使用丙酮溶液浸泡制作好的样品10分钟以去除残留的PMMA，取出后烘干，得到侧栅石墨烯晶体管。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1.本发明由于选择性地生长了石墨烯，侧栅石墨烯晶体管导电沟道的载流子迁移率不会降低，提高沟道电导。

2.本发明制造的侧栅石墨烯晶体管因为没有顶栅介质，不会引入更多的散射源，避免了由顶栅介质引起的介质击穿现象。

3.本发明由于利用在Ni膜上退火，因而生成的碳膜更容易重构形成连续性较好的石墨烯。

4.本发明由于3C-SiC可异质外延生长在Si圆片上，并且Si圆片尺寸可达12英寸，用此方法可以生长大面积的石墨烯，且价格便宜。

附图说明

图1是本发明制备石墨烯的装置示意图；

图2是本发明制作连接型侧栅石墨烯晶体管的流程图；

图3是本发明连接型侧栅石墨烯晶体管的版图示意图；

图4是本发明制作非连接型侧栅石墨烯晶体管的流程图；

图5是本发明非连接型侧栅石墨烯晶体管的版图示意图。

具体实施方式

参照图1，本发明的制备设备主要由三通阀门3，三口烧瓶8，水浴锅9，石英管5，电阻炉6组成；三通阀门3通过第一通道1与石英管5相连，通过第二通道2与三口烧瓶8的左侧口相连，而三口烧瓶8的右侧口与石英管5相连，三口烧瓶中装有CCl₄液体，且其放置在水浴锅9中，石英管5放置在电阻炉6中。三通阀门3设有进气口4，用于向设备内通入气体。

本发明中还用到了光刻系统，化学气相淀积系统CVD，电子束蒸发系统，等离子体增强化学气相淀积系统PECVD，以及反应离子刻蚀RIE等成熟的微电子工艺系统。

实施例1

参照图2、图3，本发明制作连接型侧栅石墨烯晶体管的步骤如下：

步骤1:Si衬底清洗，如图2（a）。

对4英寸的Si衬底基片进行表面清洁处理，即先使用NH₄OH+H₂O₂试剂浸泡样品10分钟，取出后烘干，以去除样品表面有机残余物；再使用HCl+H₂O₂试剂浸泡样品10分钟，取出后烘干，以去除离子污染物。

步骤2：Si衬底上生长碳化层。

将Si衬底基片放入CVD系统反应室中，对反应室抽真空达到10^-7mbar级别；在H₂保护的情况下，将反应室温度升至1000℃的碳化温度，然后向反应室通入流量为30sccm的C₃H₈，在Si衬底上生长一层碳化层，生长时间为8min。

步骤3：外延生长3C-SiC薄膜，如图2（b）。

将反应室温度迅速升至1200℃，通入流量为20sccm的SiH₄和流量为40sccm的C₃H₈，进行3C-SiC薄膜异质外延生长，生长时间为30min；然后在H₂保护下逐步降温至室温，完成3C-SiC薄膜的生长。

步骤4：淀积SiO₂掩膜，如图2（c）。

（4.1）将生长好的3C-SiC薄膜样片放入PECVD系统内，调节系统内部压力为3.0Pa，射频功率为100W，温度为150℃；

（4.2）向PECVD系统内通入流速分别为30sccm、60sccm和200sccm的SiH₄、N₂O和N₂，使SiH₄和N₂O反应30min，从而在3C-SiC薄膜表面淀积一层0.5μm厚的SiO₂掩膜层。

步骤5：光刻掩膜层，如图2（d）。

（5.1）按照图3所示的侧栅石墨烯晶体管的侧栅极G、源极S、漏极D和导电沟道图形制作成光刻版；

（5.2）在SiO₂掩膜层旋涂浓度为3%的丙烯酸树脂PMMA溶液，并放入烘箱中在180℃下烘烤60s；

（5.3）用电子束对PMMA曝光，电子加速电压为100kV，曝光强度为8000μC/cm²，将光刻版上的图形转移到SiO₂掩膜上；

（5.4）用缓冲氢氟酸对SiO₂掩膜层进行腐蚀，将光刻版上图形转移到SiO₂掩膜层上，露出3C-SiC，形成侧栅石墨烯晶体管的侧栅极、源极、漏极和导电沟道图形窗口。

步骤6：连接反应装置并加热。

（6.1）将开窗后的样片置于石英管5中，把石英管置于电阻炉6中的受热位置；再将CCl₄液体装入三口烧瓶8中，并将三口烧瓶放入水浴锅9中，然后按照图1将石英管与三口烧瓶进行连接；

（6.2）从三通阀门3的进气口4通入流速为80ml/min的Ar气，并利用三通阀门3控制Ar气从第一通道1进入对石英管进行排空30分钟，使石英管内的空气从出气口7排出；

（6.3）打开电阻炉电源开关，升温至800℃。

步骤7：反应生成碳膜，如图2（e）。

（7.1）打开水浴锅9电源，对装有CCl₄液体的三口烧瓶8加热至60℃；

（7.2）当电阻炉达到设定的800℃后，旋转三通阀门，使流速为40ml/min的Ar气从第二通道2流入三口烧瓶，并携带CCl₄蒸汽进入石英管，使气态CCl₄与裸露的3C-SiC在石英管中发生反应30分钟，生成与侧栅石墨烯晶体管侧栅极、源极、漏极和导电沟道图形相同的碳膜。

步骤8：去除SiO₂掩膜。

将生成的碳膜样片从石英管取出并置于氢氟酸与水配比为1:10的缓冲氢氟酸溶液中去除窗口之外的SiO₂。

步骤9：电子束沉积Ni膜，如图2（f）。

去除SiO₂后的碳膜置于电子束蒸发镀膜机中的载玻片上，调整载玻片到靶材的距离为50cm，并将反应室压强抽至5×10^-4Pa，调节束流为40mA，蒸发10min，在碳膜上沉积一层300nm厚的Ni膜。

步骤10：退火重构成石墨烯，如图2（g）。

（10.1）将沉积有Ni膜的碳膜样片置于流速为20sccm的Ar气中，在温度为1200℃下退火15分钟，使碳膜在侧栅石墨烯晶体管的侧栅极、源极、漏极和导电沟道位置重构成连续的石墨烯；

（10.2）将石墨烯样片置于HCl和CuSO₄混合溶液中以去除Ni膜。

步骤11：淀积金属接触层，如图2（h）。

（11.1）在已形成侧栅晶体管侧栅极、源极漏极和导电沟道的石墨烯样片上用电子束蒸发的方法淀积金属Pd，厚度为5nm；

（11.2）利用电子束蒸发的方法淀积金属Au，厚度为100nm；

步骤12：光刻金属形成电极，如图2（i）。

（12.1）在金属层上旋涂浓度为7%的PMMA溶液，并放入烘箱中，在180℃下烘烤60s；

（12.2）按照侧栅石墨烯晶体管的侧栅极、源极、漏极的金属电极图形制成光刻版；

（12.3）用电子束对PMMA曝光，将光刻版上图形转移到金属接触层上，再以氧气为刻蚀气体采用RIE刻蚀金属接触层，刻蚀功率为100W，氧气流量为20sccm，刻蚀时间60s，形成侧栅石墨烯晶体管的侧栅极、源极、漏极的金属电极。

步骤13：去除PMMA。

使用丙酮溶液浸泡制作好的样品10分钟，取出后烘干，获得侧栅石墨烯晶体管。

实施例2

参照图4和图5，本发明制作非连接型侧栅石墨烯晶体管的步骤如下：

步骤一：Si衬底清洗，如图4（a）。

对8英寸的Si衬底基片进行表面清洁处理，即先使用NH₄OH+H₂O₂试剂浸泡样品10分钟，取出后烘干，以去除样品表面有机残余物；再使用HCl+H₂O₂试剂浸泡样品10分钟，取出后烘干，以去除离子污染物。

步骤二：Si衬底上生长碳化层。

将Si衬底基片放入CVD系统反应室中，对反应室抽真空达到10^-7mbar级别；在H₂保护的情况下，将反应室温度升至碳化温度1100℃，然后向反应室通入流量为30sccm的C₃H₈，在Si衬底上生长一层碳化层，生长时间为6min。

步骤三：外延生长3C-SiC薄膜，如图4（b）。

将反应室温度迅速升至生长温度1300℃，通入流量分别为30sccm和60sccm的SiH₄和C₃H₈，进行3C-SiC薄膜异质外延生长，生长时间为45min；然后在H₂保护下逐步降温至室温，完成3C-SiC薄膜的生长。

步骤四：淀积SiO₂掩膜，如图4（c）。

将生长好的3C-SiC薄膜样片放入PECVD系统内，将系统内部压力调为3.0Pa，射频功率调为100W，温度调为150℃；向系统内通入流速分别为30sccm、60sccm和200sccm的SiH₄、N₂O和N₂，持续60min，使SiH₄和N₂O发生反应，从而在3C-SiC样片表面淀积一层0.7μm厚的SiO₂掩膜层。

步骤五：光刻掩膜层，如图4（d）。

按照图5所示的侧栅石墨烯晶体管的侧栅极G、源极S、漏极D和导电沟道位置制作成光刻版；在SiO₂掩膜层旋涂浓度为3%的丙烯酸树脂PMMA溶液，并放入烘箱中在180℃下烘烤60s；用电子束对丙烯酸树脂PMMA曝光，电子加速电压为100kV，曝光强度为8500μC/cm²；用缓冲氢氟酸对SiO₂掩膜层进行腐蚀，将光刻版上图形转移到SiO₂掩膜层上，露出3C-SiC，形成侧栅石墨烯晶体管的侧栅极、源极、漏极和导电沟道的图形窗口。

步骤六：连接反应装置并加热。

将开窗后的样片置于石英管5中，把石英管置于电阻炉6中的受热位置；再将CCl₄液体装入三口烧瓶8中，并将三口烧瓶放入水浴锅9中，然后按照图1将石英管与三口烧瓶进行连接；从三通阀门3的进气口4通入流速为80ml/min的Ar气，并利用三通阀门3控制Ar气从第一通道1进入对石英管进行排空30分钟，使石英管内的空气从出气口7排出；打开电阻炉电源开关，升温至900℃。

步骤七：反应生成碳膜，如图4（e）。

打开水浴锅9电源，对装有CCl₄液体的三口烧瓶8加热至70℃；当电阻炉达到设定的900℃后，旋转三通阀门，使流速为60ml/min的Ar气从第二通道2流入三口烧瓶，并携带CCl₄蒸汽进入石英管，使气态CCl₄与裸露的3C-SiC在石英管中发生反应70分钟，生成与侧栅石墨烯晶体管侧栅极、源极、漏极和导电沟道图形相同的碳膜。

步骤八：去除SiO₂掩膜。

与实施例1的步骤8相同。

步骤九：电子束沉积Ni膜，如图4（f）。

去除SiO₂后的碳膜置于电子束蒸发镀膜机中的载玻片上，载玻片到靶材的距离调为50cm，将反应室压强抽至5×10^-4Pa，调节束流为40mA，蒸发15min，在Si样片上沉积一层400nm厚的Ni膜。

步骤十：退火重构成石墨烯，如图4（g）。

将沉积有Ni膜的碳膜样片置于流速为55sccm的Ar气中，在温度为1100℃下退火20分钟，使碳膜在窗口位置重构成连续的侧栅石墨烯图形；将石墨烯样片置于HCl和CuSO₄混合溶液中以去除Ni膜。

步骤十一：淀积金属接触层，如图4（h）。

在已刻蚀出侧栅晶体管形状的石墨烯样片上用电子束蒸发的方法淀积金属Pd/Au层，厚度分别为5nm、100nm。

步骤十二：光刻金属形成电极，如图4（i）。

在金属层上旋涂浓度为7%的PMMA溶液，并放入烘箱中，在180℃下烘烤60s；按照侧栅石墨烯晶体管的侧栅极、源极、漏极的金属电极图形制成光刻版；用电子束对PMMA曝光，将光刻版上图形转移到金属接触层上；以氧气为刻蚀气体对金属层RIE刻蚀60s，刻蚀功率为100W，氧气流量20sccm，形成侧栅石墨烯的侧栅极、源极、漏极金属电极。

步骤十三：去除PMMA。

将制作好的样品置于丙酮溶液中浸泡10分钟，取出后烘干，获得侧栅石墨烯晶体管。

实施例3

参照图2和图3，本发明制作连接型侧栅石墨烯晶体管的步骤如下：

步骤A:对12英寸的Si衬底基片进行表面清洁处理，即先使用NH₄OH+H₂O₂试剂浸泡样品10分钟，取出后烘干，以去除样品表面有机残余物；再使用HCl+H₂O₂试剂浸泡样品10分钟，取出后烘干，以去除离子污染物，如图2（a）。

步骤B：将Si衬底基片放入CVD系统反应室中，对反应室抽真空达到10^-7mbar级别；在H₂保护的情况下，将反应室温度升至1200℃，然后向反应室通入流量为30sccm的C₃H₈，在Si衬底上生长一层碳化层，生长时间为4min。

步骤C：将反应室温度迅速升至1350℃，通入流量分别为35sccm和70sccm的SiH₄和C₃H₈，进行3C-SiC薄膜异质外延生长，生长时间为60min；然后在H₂保护下逐步降温至室温，完成3C-SiC薄膜的生长，如图2（b）。

步骤D：将生长好的3C-SiC薄膜样片放入PECVD系统内，将系统内部压力调为3.0Pa，射频功率调为100W，温度调为150℃；向PECVD系统内通入SiH₄、N₂O和N₂三种气体，其中SiH₄流速为30sccm，N₂O流速为60sccm，N₂流速为200sccm的，使SiH₄和N₂O反应100min，从而在3C-SiC薄膜表面淀积一层1μm厚的SiO₂掩膜层，如图2（c）。

步骤E：按照如图3所示侧栅晶体管的侧栅极、源极、漏极和导电沟道图形制成光刻版；在SiO₂掩膜层旋涂浓度为3%的丙烯酸树脂PMMA溶液，并放入烘箱中在180℃下烘烤60s；用电子束对PMMA曝光，电子加速电压为100kV，曝光强度为9000μC/cm²，将光刻版上的图形转移到SiO₂掩膜上；用缓冲氢氟酸对SiO₂掩膜层进行腐蚀，将光刻版上图形转移到SiO₂掩膜层上，露出3C-SiC，形成侧栅石墨烯晶体管的图形窗口，如图2（d）。

步骤F:将形成图形窗口的样片装入石英管1中，把石英管置于电阻炉2中；从进气口3向石英管中通入流速为80sccm的Ar气，对石英管进行10分钟排空，使气体从出气口4排出；打开电阻炉电源开关，加热至1000℃。

步骤G:打开水浴锅9电源，对装有CCl₄液体的三口烧瓶8加热至80℃；当电阻炉达到设定的1000℃后，旋转三通阀门，使流速为80ml/min的Ar气从第二通道2流入三口烧瓶，并携带CCl₄蒸汽进入石英管，使气态CCl₄与裸露的3C-SiC在石英管中发生反应120分钟，生成与侧栅石墨烯晶体管侧栅极、源极、漏极和导电沟道图形相同的碳膜，如图2（e）。

步骤H：与实施例1的步骤8相同。

步骤I：将去除SiO₂后的碳膜置于电子束蒸发镀膜机中的载玻片上，调整载玻片到靶材的距离为50cm，反应室压强5×10^-4Pa，调节束流为40mA，蒸发20min，在Si样片上沉积一层500nm厚的Ni膜，如图2（f）。

步骤J：将沉积有Ni膜的碳膜样片置于流速为100sccm的Ar气中，在温度为1000℃下退火25分钟，使碳膜在侧栅石墨烯晶体管的侧栅极、源极、漏极和导电沟道位置重构成连续的石墨烯；将石墨烯样片置于HCl和CuSO₄混合溶液中以去除Ni膜，如图2（g）。

步骤K：在已形成侧栅晶体管侧栅极、源极漏极和导电沟道的石墨烯样片上用电子束蒸发的方法淀积金属Pd，厚度为5nm；利用电子束蒸发的方法淀积金属Au，厚度为100nm，如图2（h）。

步骤L：在金属层上旋涂浓度为7%的PMMA溶液，并放入烘箱中，在180℃下烘烤60s；按照侧栅石墨烯晶体管的侧栅极、源极、漏极的金属电极图形制成光刻版；用电子束对PMMA曝光，将光刻版上图形转移到金属接触层上，以氧气为刻蚀气体对金属层RIE刻蚀60s，刻蚀功率为100W，氧气流量20sccm，形成侧栅石墨烯晶体管的侧栅极、源极、漏极的金属电极，如图2（i）。

步骤M：使用丙酮溶液浸泡制作好的样品10分钟，取出后烘干，获得侧栅石墨烯晶体管。

Claims (8)

1.一种基于Ni膜退火的Si衬底侧栅石墨烯晶体管制备方法，包括以下步骤：

（1）Si衬底清洗：对4-12英寸的Si衬底基片进行标准清洗；

（2）Si衬底上生长碳化层：将清洗后的Si衬底基片放入CVD系统反应室中，对反应室抽真空达到10^-7mbar级别；在H₂保护的情况下，使反应室逐步升温至碳化温度1000℃-1200℃，通入流量为30ml/min的C₃H₈，对衬底进行碳化4-8min，生长一层碳化层；

（3）生长3C-SiC薄膜：对反应室加温至生长温度1200℃-1350℃，通入C₃H₈和SiH₄，进行3C-SiC薄膜异质外延生长，时间为30-60min，然后在H₂保护下逐步降温至室温，完成3C-SiC薄膜的生长；

（4）淀积SiO₂掩膜：在生长好的3C-SiC薄膜表面利用等离子体增强化学气相沉积PECVD淀积一层0.5-1μm厚的SiO₂，作为掩膜；

（5）光刻掩膜层：按照侧栅石墨烯晶体管的的侧栅极、源极、漏极和导电沟道图形制作成光刻版；在掩膜表面以旋涂一层浓度为3%的丙烯酸树脂PMMA溶液，并在180℃下烘烤60秒，使其与掩膜紧密结合在一起；用电子束对丙烯酸树脂PMMA层曝光，电子加速电压100kV，曝光强度为8000-9000μC/cm²，将光刻版上的图形转移到掩膜上；使用缓冲氢氟酸对SiO₂掩膜层进行腐蚀，露出3C-SiC，形成侧栅石墨烯晶体管的侧栅极、源极、漏极和导电沟道图形；

（6）连接反应装置并加热：将开窗后的样片置于石英管中，并连接好由三口烧瓶、水浴锅、石英管和电阻炉组成的反应装置，再对石英管加热至800-1000℃；

（7）反应生成碳膜：对装有CCl₄液体的三口烧瓶加热至60-80℃，再向三口烧瓶中通入流速为40-80ml/min的Ar气，利用Ar气携带CCl₄蒸汽进入石英管中，使CCl₄与裸露的3C-SiC反应30-120min，生成碳膜；

（8）去除SiO₂掩膜：将生成的碳膜样片置于缓冲氢氟酸溶液中以去除窗口以外的SiO₂掩膜；

（9）电子束沉积Ni膜：在去除了SiO₂的碳膜样片上用电子束沉积300-500nm厚的Ni膜；

（10）退火重构成石墨烯：将沉积有Ni膜的碳膜样片置于Ar气中在温度为1000-1200℃下退火15-25分钟，使碳膜在窗口位置重构成石墨烯，形成侧栅石墨烯晶体管的侧栅极、源极、漏极和导电沟道，再置于HCl和CuSO₄混合溶液中去除Ni膜；

（11）淀积金属接触层：在已退火后的石墨烯样片上用电子束蒸发的方法淀积金属Pd和金属Au作为侧栅石墨烯晶体管的接触层；

（12）光刻金属形成电极：按照侧栅石墨烯晶体管的侧栅极、源极、漏极的电极图形制作光刻版；将浓度为7%的丙烯酸树脂PMMA溶液旋涂于金属接触层上，并用180℃烘烤60秒，使其与金属接触层紧密接触；用电子束曝光丙烯酸树脂PMMA，将光刻版上的图形转移到金属上；以氧气为刻蚀气体采用反应离子刻蚀RIE金属接触层，形成侧栅石墨烯晶体管的侧栅极、源极、漏极金属电极；

（13）去除PMMA：使用丙酮溶液浸泡制作好的样品10分钟以去除残留的PMMA，取出后烘干，得到侧栅石墨烯晶体管。

2.根据权利要求1所述的Ni膜退火的Si衬底侧栅石墨烯晶体管制备方法，其特征在于所述步骤（3）通入的SiH₄和C₃H₈，其流量分别为20-35ml/min和40-70ml/min。

3.根据权利要求1所述的Ni膜退火的Si衬底侧栅石墨烯晶体管制备方法，其特征在于所述步骤（4）中利用PECVD淀积SiO₂，其工艺条件为：

SiH₄、N₂O和N₂的流速分别为30sccm、60sccm和200sccm，

反应腔内压力为3.0Pa，

射频功率为100W，

淀积温度为150℃，

淀积时间为30-100min。

4.根据权利要求1所述的Ni膜退火的Si衬底侧栅石墨烯晶体管制备方法，其特征在于所述步骤（8）中缓冲氢氟酸溶液，是用比例为1:10的氢氟酸与水配制而成。

5.根据权利要求1所述的Ni膜退火的Si衬底侧栅石墨烯晶体管制备方法，其特征在于所述步骤（9）中的电子束沉积，其工艺条件为：

基底到靶材的距离为50cm，

反应室压强为5×10^-4Pa，

束流为40mA，

蒸发时间为10-20min。

6.根据权利要求1所述的Ni膜退火的Si衬底侧栅石墨烯晶体管制备方法，其特征在于所述步骤（10）退火时Ar气的流速为20-100ml/min。

7.根据权利要求1所述的Ni膜退火的Si衬底侧栅石墨烯晶体管制备方法，其特征在于所述步骤（11）电子束蒸发淀积金属接触层，金属Pd厚度为5nm，金属Au厚度为100nm。

8.根据权利要求1所述的基于Ni膜退火的SiC衬底上侧栅结构石墨烯晶体管制备方法，其特征在于步骤（12）RIE刻蚀金属接触层，其工艺条件为：

功率为100W，

氧气流量为20sccm，

刻蚀时间为60s。

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