CN103296065A - 一种减小石墨烯材料与金属接触电阻的结构 - Google Patents

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金智
陈娇
麻芃
王显泰
彭松昂
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Abstract

本发明公开了一种减小石墨烯材料与金属接触电阻的结构，该结构是在石墨烯材料与金属的接触区域使用多层石墨烯，在沟道区域使用单层石墨烯。利用本发明，减小了石墨烯与金属接触的电阻，从而有效的增加了石墨烯FET器件的开态电流，提高了器件的跨导和截止频率，并且改善了石墨烯FET器件的不对称性。

Description

一种减小石墨烯材料与金属接触电阻的结构
技术领域
本发明涉及石墨烯材料与金属接触技术领域，尤其涉及一种减小石墨烯材料与金属接触电阻的结构。
背景技术
以碳材料为基的纳米电子学，尤其是石墨烯(Graphene)材料，由于其较高的载流子迁移率和饱和速度，及其二维平面结构可与传统的Si工艺集成，被认为具有极大的应用前景，极富潜力可替代硅基材料。自从2004年石墨烯被成功研制以来，石墨烯器件的研究取得了巨大进展。基于石墨烯的纳电子器件具有尺寸小、速度快、功耗低、工艺简单等特点，受到人们越来越广泛的关注。
在石墨烯的FET器件的发展过程中，栅介质以及石墨烯材料与金属的接触成为亟待解决的重要课题。在Si器件中，金属和硅的接触电阻率为10-8Ω×cm2，而对于石墨烯器件而言，由于石墨烯材料具有更高的迁移率，接触电阻率为10-9Ω×cm2才能体现出石墨烯材料高迁移率的特性。
金属与石墨烯材料的接触电阻主要分为两个部分，金属与石墨烯接触区域的电阻及接触区域与沟道区域石墨烯的电阻，其中，由于石墨烯的禁带宽度为0，当金属与石墨烯接触时，由于功函数差，接触区域的石墨烯与金属发生电子的转移，导致接触区域的石墨烯被掺杂，从而使得接触区域的石墨烯材料为n型或者p型。那么当栅压调控的沟道区的石墨烯的掺杂类型与接触区域石墨烯的掺杂类型不同时，将在导电的沟道中形成pn结，产生额外的电阻，破坏石墨烯场效应器件的对称性，增加石墨烯和金属的接触电阻。
当多层石墨烯材料与金属接触时，接触电阻和单层石墨烯与金属的接触电阻相同(Kosuke Nagashio，Jpn J Applied Physical，2010)。但是多层石墨烯中载流子的迁移率远小于单层石墨烯中载流子的迁移率。(LiuGuanxiong，Applied Physical Letters，100，033103(2012))。
发明内容
(一)要解决的技术问题
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种减小石墨烯材料与金属接触电阻的结构，以减小石墨烯与金属接触的电阻，从而有效的增加石墨烯FET器件的开态电流，提高器件的跨导和截止频率，并且改善石墨烯FET器件的不对称性。
(二)技术方案
为达到上述目的，本发明提供了一种减小石墨烯材料与金属接触电阻的结构，该结构是在石墨烯材料与金属的接触区域使用多层石墨烯，在沟道区域使用单层石墨烯。
上述方案中，所述多层石墨烯在接触区域与金属或金属电极接触，多层石墨烯的层数在2～10层之间变化。所述多层石墨烯的层数为2层、3层、4层、5层、6层、7层、8层、9层或10层。
上述方案中，所述单层石墨烯作为导电沟道，保证沟道区载流子的高迁移率。
上述方案中，所述金属采用钛和金、铬和金、钯和金、镍和金或者铂和金。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：
1、本发明采用多层石墨烯与金属电极接触，能都有效的减少沟道区与接触区域石墨烯的接触电阻。
2、本发明采用单层石墨烯作为沟道材料，能够保证石墨烯载流子高迁移率的特性；
3、本发明方法在常规工艺流程中进行细微调整，不需要重新开发工艺，具备良好的可行性。
附图说明
图1至图5是依照本发明实施例制备石墨烯材料与金属接触电阻结构的示意图；
图6是依照本发明实施例制备的石墨烯材料与金属接触电阻结构的实物照片。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
本发明提供了一种减小石墨烯材料与金属接触电阻的结构，该结构是在石墨烯材料与金属的接触区域使用多层石墨烯，在沟道区域使用单层石墨烯。这样避免了接触区域石墨烯与沟道区石墨烯的势垒效应，减小了器件工作的开态电阻，从而有效的增加了石墨烯FET器件的开态电流，提高了器件的跨导和截止频率。
其中，所述多层石墨烯在接触区域与金属或金属电极接触，多层石墨烯的层数在2～10层之间变化，多层石墨烯的层数可以为2层、3层、4层、5层、6层、7层、8层、9层或10层。单层石墨烯作为导电沟道，保证沟道区载流子的高迁移率。金属可以采用钛和金、铬和金、钯和金、镍和金或者铂和金等。
实施例
在本实施例中，绝缘层11设置于半导体衬底10上，沟道区域石墨烯材料12设置于绝缘层11上，接触区域石墨烯材料13和14设置于绝缘层11上，并且接触区域石墨烯材料13和14分别设置于导电区域石墨烯材料12的两端；光刻胶17设置于沟道区域石墨烯材料12，接触区域多层石墨烯材料13和14上；金属电极15和16设置于接触区域多层石墨烯材料13和14上。
本实施例以硅作为半导体衬底，二氧化硅作为绝缘层，单层石墨烯作为导电区域石墨烯，三层石墨烯作为接触区域多层石墨烯材料，金属钛/金作为源漏电极，本实施例提供的减小石墨烯材料与金属接触电阻的结构，其具体制备步骤如下：
如图1所示，图1为SiO2衬底上的石墨烯的光学照片，本步骤是石墨烯材料的制备，制备出三层石墨烯/单层石墨烯/三层石墨烯结构的材料，并且利用定位标记对石墨烯进行定位。
如图2所示，图2所示步骤为在石墨烯的表面涂覆光刻胶AZ5214；
如图3所示，图3所示步骤为定义源漏图形，显影光刻；
如图4所示，图4所示步骤为蒸金属制作接触电极，利用电子束蒸发一层20/200nm钛/金(Ti/Au＝20/200nm)金属作为接触电极；
如图5所示，图5所示步骤为金属剥离，完成器件制备，将样品放入丙酮中，去除源漏区域以外的金属和光刻胶；
如图6所示，图6所示为制作器件的实物光学照片。
本实施例提供的减小石墨烯材料与金属接触电阻的结构，能够有效的减少接触区域和沟道区域石墨烯的势垒，从而减小石墨烯场效应器件在导通时的开态电阻以及器件的不对称性，实现石墨烯器件良好的双极特性以及较小的金属和石墨烯的接触电阻，从而有效的提高器件的开关电流比Ion/Ioff、跨导gm、本征增益Gain和截止频率ft，展现石墨烯材料优越的电学特性。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种减小石墨烯材料与金属接触电阻的结构，其特征在于，该结构是在石墨烯材料与金属的接触区域使用多层石墨烯，在沟道区域使用单层石墨烯。
2.根据权利要求1所述的减小石墨烯材料与金属接触电阻的结构，其特征在于，所述多层石墨烯在接触区域与金属或金属电极接触，多层石墨烯的层数在2～10层之间变化。
3.根据权利要求2所述的减小石墨烯材料与金属接触电阻的结构，其特征在于，所述多层石墨烯的层数为2层、3层、4层、5层、6层、7层、8层、9层或10层。
4.根据权利要求1所述的减小石墨烯材料与金属接触电阻的结构，其特征在于，所述单层石墨烯作为导电沟道，保证沟道区载流子的高迁移率。
5.根据权利要求1所述的减小石墨烯材料与金属接触电阻的结构，其特征在于，所述金属采用钛和金、铬和金、钯和金、镍和金或者铂和金。
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