CN208548341U - 石墨烯晶体管电路装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及石墨烯晶体管电路装置，所述石墨烯晶体管电路装置包括：基底；设置在所述基底上的氮化硼/石墨烯/氮化硼异质结，其中通过在所述异质结上形成掩模并进行电子束曝光，然后通过干法刻蚀形成所需的晶体管结构；设置在具有所述晶体管结构的异质结上的包括源电极、漏电极和栅电极的电极层。本实用新型利用氮化硼/石墨烯/氮化硼异质结不仅打开了石墨烯的能隙，而且电极层直接在氮化硼上蒸镀形成，由此可以保护石墨烯，避免由于石墨烯暴露于大气环境而吸附气体分子所致的电学性能降低，因此本实用新型提供了能够利用石墨烯的电学性能的晶体管电路装置。

Description

石墨烯晶体管电路装置

技术领域

本实用新型涉及半导体设计和制造领域，尤其涉及一种石墨烯晶体管电路装置。

背景技术

石墨烯自被发现以来，由于其超高的电学性质受到了各方的广泛关注，但是由于其零带隙的特点，限制了它在半导体领域的应用。所以很多科研工作者开始致力于打开石墨烯的带隙从而让石墨烯成为半导体。目前石墨烯的能带已经有几种方法打开，比如形成异质结基底诱导打开能隙，化学掺杂，杂化以及做成双层石墨烯。但是目前的很多方法都会破坏石墨烯自身的晶格结构，所以其电学性能会受到很大的影响。

例如，申请人为台积电的专利申请号2012100557622提供了FinFET器件及其制造方法。目前传统半导体工艺整体流程大致概括为如下几步：衬底制造，衬底前处理，光刻，离子注入，刻蚀，热处理，外延层生长，电极蒸镀，电极打磨，以及根据需要重复以上步骤。

此外，大规模集成电路仍然是基于硅基半导体的，而硅基半导体的流片工艺非常复杂，从原材料的加工到光刻离子注入等步骤，都需要非常精确的控制。目前对于新型材料的集成电路开发较少，相对来说还没有成型的工艺。

因此，本领域需要能够利用石墨烯的电学性能同时制备过程简单、成本低且设计简单的石墨烯晶体管电路装置。

实用新型内容

本实用新型的一个目的是通过形成特定结构的石墨烯异质结以利用石墨烯的超强电学性能，从而提供新型晶体管电路装置。

鉴于此，本实用新型提供一种石墨烯晶体管电路装置，所述石墨烯晶体管电路装置包括：

基底；

设置在所述基底上的氮化硼/石墨烯/氮化硼异质结，其中通过在所述异质结上形成掩模并进行电子束曝光，然后通过干法刻蚀形成所需的晶体管结构；

设置在具有所述晶体管结构的异质结上的包括源电极、漏电极和栅电极的电极层。

在优选实施方案中，所述石墨烯晶体管电路装置还包括设置在所述电极层上的氧化物绝缘层和设置在所述氧化物绝缘层上的包括电连接端的电引出层。

在优选实施方案中，所述氧化物绝缘层具有一个或多个通孔，并且所述电连接端经由所述通孔分别连接至所述源电极、漏电极和栅电极。

在优选实施方案中，所述氧化物绝缘层和电引出层的数量为2个以上。

在优选实施方案中，所述氧化物绝缘层和电引出层的厚度分别为 20～100nm。

在优选实施方案中，所述石墨烯晶体管电路装置为正梯形形状。

另外，本实用新型还提供了一种制备石墨烯晶体管电路装置的方法，所述方法包括以下步骤：

1)在金属基材上提供氮化硼/石墨烯/氮化硼异质结，并将所述异质结从所述金属基材转移到所需的基底上；

2)在所述异质结上形成掩模并进行电子束曝光，然后通过干法刻蚀形成所需的晶体管结构；

3)在去除所述掩模之后，在所述异质结上形成电子束胶层并进行电子束曝光以在所述异质结上形成晶体管的源电极、漏电极和栅电极区域，然后进行金属蒸镀以形成包括源电极、漏电极和栅电极的电极层，由此形成所述石墨烯晶体管电路装置。

在优选实施方案中，所述步骤1)包括：通过化学气相沉积法在金属基材上提供氮化硼/石墨烯/氮化硼异质结，并将所述异质结从所述金属基材通过湿法转移到所述基底上。优选地，在转移之前，在所述异质结上涂覆保护层如PMMA胶层，以避免在转移过程异质结发生额外的损坏。

在优选实施方案中，所述方法还包括以下步骤：4)在所述电极层上形成具有一个或多个通孔的氧化物绝缘层，并在所述氧化物绝缘层上形成包括电连接端的电引出层，其中所述电连接端经由所述通孔分别连接至所述源电极、漏电极和栅电极。

在优选实施方案中，重复所述步骤4)一次或多次以形成一个或多个另外的氧化物绝缘层和电引出层。

在优选实施方案中，所述掩模为聚甲基丙烯酸甲酯和具有化学式 (HSiO_3/2)_2n的氢化硅酸盐的复合层，其中n为10000～1000000；所述基底选自硅片硅片、玻璃片、蓝宝石片或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)片；所述电子束胶是聚甲基丙烯酸甲酯。

在优选实施方案中，所述氧化物是三氧化二铝、二氧化铪、氧化锆或二氧化铪-氧化铝合金。

本实用新型利用三明治结构的氮化硼/石墨烯/氮化硼异质结不仅打开了石墨烯的能隙，而且氮化硼对石墨烯的包裹为石墨烯提供晶格匹配且没有悬挂键的原子级平滑的衬底并且还可以作为绝缘层，同时电极层直接在氮化硼上蒸镀形成，由此可以保护石墨烯，避免由于石墨烯暴露于大气环境而吸附气体分子所致的电学性能降低，因此本实用新型能够利用石墨烯的电学性能来制备性能优异的石墨烯晶体管电路装置。另外，由于石墨烯的双极性，通过调控加在石墨烯上的电场可以控制石墨烯的极性，因而可以不用离子注入，而直接形成P型或者N型晶体管，由此可以省去传统半导体工艺中的离子注入，以及退火过程。此外，由于石墨烯异质结中，石墨烯一直被氮化硼夹在中间保护着，所以不会在制造过程中受到破坏和污染。

附图说明

图1为根据本实用新型的氮化硼/石墨烯/氮化硼异质结的结构示意图。

图2为根据本实用新型在氮化硼/石墨烯/氮化硼异质结上形成掩膜 (由聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和具有化学式(HSiO_3/2)_2n的氢化硅酸盐(HSQ)的复合层构成)的示意图。

图3为根据本实用新型的氮化硼/石墨烯/氮化硼异质结通过干法刻蚀后形成的倒梯形掩模和正梯形异质结形状的示意图。

图4示出了根据本实用新型的方法的一个简单工艺流程图。

图5为根据本实用新型的石墨烯晶体管电路装置的立体示意图。

具体实施方式

经过本实用新型的发明人的深入研究发现，通过形成氮化硼/石墨烯/ 氮化硼异质结不仅能够诱导打开石墨烯的能隙而且能够将对石墨烯的电学性能的损害降到最低，同时在具有三明治型结构的氮化硼/石墨烯/氮化硼异质结的半导体中可以简化制造过程，从而大大降低生产成本和设计难度。

基于此，本实用新型提供了一种多层石墨烯异质结制作大规模石墨烯晶体管电路的设计。

更具体地，本实用新型提供的石墨烯晶体管电路装置包括：

基底；

设置在所述基底上的氮化硼/石墨烯/氮化硼异质结，其中通过在所述异质结上形成掩模并进行电子束曝光，然后通过干法刻蚀形成所需的晶体管结构；

设置在具有所述晶体管结构的异质结上的包括源电极、漏电极和栅电极的电极层。

优选地，所述石墨烯晶体管电路装置还包括设置在所述电极层上的氧化物绝缘层和设置在所述氧化物绝缘层上的包括电连接端的电引出层，其中所述氧化物绝缘层具有一个或多个通孔，并且所述电连接端经由所述通孔分别连接至所述源电极、漏电极和栅电极。

本实用新型的石墨烯晶体管电路装置可以通过包括以下步骤的方法制备：

1)在金属基材上提供氮化硼/石墨烯/氮化硼异质结，并将所述异质结从所述金属基材转移到所需的基底上；

2)在所述异质结上形成掩模并进行电子束曝光，然后通过干法刻蚀形成所需的晶体管结构；

3)在去除所述掩模之后，在所述异质结上形成电子束胶层并进行电子束曝光以在所述异质结上形成晶体管的源电极、漏电极和栅电极区域，然后进行金属蒸镀以形成包括源电极、漏电极和栅电极的电极层，由此形成所述石墨烯晶体管电路装置。

4)任选地，在所述电极层上形成具有一个或多个通孔的氧化物绝缘层，并在所述绝缘层上形成包括电连接端的电引出层，其中所述电连接端经由所述通孔分别连接至所述源电极、漏电极和栅电极。更优选地，重复该步骤4)一次或多次以形成一个或多个另外的绝缘层和电引出层，以满足更复杂的电路连接的要求。

例如，根据本实用新型的具有三明治型结构的氮化硼/石墨烯/氮化硼异质结的结构示意图如图1所示，其中石墨烯层夹在两个氮化硼(例如六方氮化硼)层之间。更具体地，本实用新型所使用的异质结是由氮化硼(1)/ 石墨烯(2)/氮化硼(3)组成的“三明治”型结构，其中氮化硼均为单层，石墨烯可以是单层或者双层。

在本实用新型的方法的步骤1)中，优选地，所述的氮化硼/石墨烯/ 氮化硼异质结是通过化学气相沉积(CVD)方法在金属基材上形成氮化硼/ 石墨烯/氮化硼异质结。发明人已发现，通过化学气相沉积(CVD)方法形成的氮化硼/石墨烯/氮化硼异质结可以打开石墨烯的能隙，从而使得能够利用石墨烯的优异电学性能，从而可以将其作为半导体材料来使用。之后，将所形成的异质结从所述金属基材通过湿法转移到所述基底上。如本文中使用的，术语转移异质结指的是将异质结从金属基材上通过湿法转移到石墨烯晶体管电路装置的基底上，由此实现在基底上提供氮化硼/ 石墨烯/氮化硼异质结，这里提及的湿法转移是指通过溶液将金属基材刻蚀，使得石墨烯异质结和金属基材分离，然后将异质结用基底捞起。优选地，为了使异质结薄膜与基底结合紧密，此过程中需要将异质结和基底干燥。

尽管没有特别限制，优选地，本实用新型中使用的基底可以是硅片、玻璃片、蓝宝石片或PET片等。

在本实用新型的方法的步骤2)中，制作掩膜，进行电子束曝光，将不需要部分的掩膜溶解，再利用干法刻蚀将石墨烯晶体管结构刻蚀出来，然后去除掩膜。尽管没有特别限制，优选地，所使用的掩模为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和具有化学式(HSiO_3/2)_2n的氢化硅酸盐(HSQ)的复合层构成的掩模，其中n为10000～1000000。例如，图2为根据本实用新型在氮化硼(1)/石墨烯(2)/氮化硼(3)异质结上形成掩膜的示意图，其中该掩模由聚甲基丙烯酸甲酯和具有化学式(HSiO_3/2)_2n的氢化硅酸盐(HSQ)的复合层构成，其中PMMA层(4)在HSQ层(5)的下方，并且PMMA层的厚度为约70nm，而HAS层的厚度为约90nm。在本实用新型中，选用HSQ层作为掩模上层具有以下方面的优点：第一点是因为曝光后它具有极高的分辨率 (<10nm)，临近效应小，灵敏度很低，可以得到非常精细的结构；第二点是因为它能耐得住后续干法刻蚀，不会被等离子体氧化而失去保护作用；第三点是因为它是一种负胶，经电子束曝光后会形成倒梯形形状的掩模结构，由此使得在后续的刻蚀过程中，会使下方的异质结形成正梯形结构，例如如图3中所示的，图3为根据本实用新型的氮化硼(1)/石墨烯(2)/ 氮化硼(3)异质结通过干法刻蚀后形成的倒梯形掩模(6)和正梯形异质结形状的结构示意图。这样的结构在异质结上形成的是边缘接触，可以形成一维接触，大大降低接触电阻。

尽管没有特别限制，本实用新型中用于掩模的电子束曝光可以采用 FEI InspectF50仪器实现，其中曝光参数可以为如下：加速电压为30KV，束流为100pA，曝光图形范围为20nm*10nm的长方形条带，图形之间的间隔为10nm，由此例如在0.1cm*0.1cm大小的异质结上，可以曝光出约 10亿个这样的长方形条带图形。将曝光后的样品取出，放入显影液例如四甲基氢氧化铵(TMAH，C₄H₁₃NO，Acros Organics)溶液中显影，将没有被电子束照射的地方用显影液溶解。尽管没有特别限制，显影液TMAH 溶液的浓度优选为约5～20重量％，例如10重量％；显影温度优选为室温例如约20～25℃；显影时间优选为2～10min例如为5min。将显影后的样品取出，用惰性气体例如氮气吹干后进行干法刻蚀。尽管没有特别限制，本实用新型中采用的干法刻蚀是指利用氧气(O₂)和三氟甲烷(CHF₃)混合气经过电离变成等离子体(形成等离子体流)，并与异质结中的氮化硼和石墨烯反应，由此将未被掩膜保护或暴露的部分刻蚀掉(形成气体挥发掉)，而在异质结中形成所需的晶体管结构(例如如图3所示)。干法刻蚀完成后，将样品放入有机溶剂例如丙酮中浸泡，以去除掩膜。

在本实用新型的方法的步骤3)中，覆盖一层电子束胶层，然后进行电子束曝光，接着放入金属蒸镀室中蒸镀金属电极，由此完成后将多余的金属剥离掉。尽管没有特别限制，优选地，所使用的电子束胶为PMMA，并且其旋涂厚度优选为50～200nm例如100nm。该电子束胶经过电子束曝光，例如使用与上述步骤2)中相同的仪器实现，其中曝光参数可以为如下：加速电压为30KV，束流为10pA。曝光完成后，将样品放入显影液中溶解掉被曝光的部分。尽管没有特别限制，优选地，这里使用的显影液为异丙醇(IPA)和甲基异丁基酮(MIBK)的混合溶液(体积比例如为3:1)，显影时间优选为30～120秒例如60秒，显影温度优选为室温例如约20～25℃。显影完成后，将样品放入常规的金属蒸镀室中，并蒸镀相应的金属电极层(即，源电极、漏电极和栅电极层)。例如其中的金属电极可以都为3nm钛 (Ti)/20nm金(Au)。蒸镀完成后，将样品浸入有机溶剂如丙酮溶液中，以将多余的金属剥离或除去。

更具体地，图4示出了根据本实用新型的方法的一个简单工艺流程图。如图4所示的，首先提供在目标基底上的异质结(11)(其包括获得和转移步骤)，然后在异质结(11)上形成掩模(12)，经过电子束曝光、显影(13)，在异质结(11)上形成倒梯形形状的掩模(12)结构；再经过等离子体刻蚀 (14)，形成正梯形形状的异质结(具有所需的晶体管结构)，然后去除掩模 (15)，留下异质结(11)；接着在异质结(11)上形成电子束胶层(16)，经由电子束曝光、显影(17)，形成所需的源极、漏极和栅极区域，最后通过金属蒸镀形成电极层，并除去电子束胶层(18)，从而得到最简单的一个石墨烯晶体管电路装置。

在本实用新型的方法的步骤4)中，根据所需石墨烯晶体管电路装置的功能要求，在需要复杂的电路连接的情况下，可能需要生长另外的一个或多个氧化物绝缘层，这可以通过重复步骤3)和4)来达到设计要求。尽管没有特别限制，优选地，所述的氧化物绝缘层可以是例如采用原子层沉积(ALD)方法在电极层上生长的氧化物例如三氧化二铝的层(其厚度例如可以为50nm)，该氧化物层充当绝缘层。形成这样的氧化物绝缘层的有利效果包括但不限于，例如，使得在步骤3中形成的金属电极层不会直接接触环境而避免诸如污染或短路问题；同时根据需要，可以在该氧化物绝缘层上进一步形成第二金属电极层，该第二金属电极层不会与之前形成的金属电极层有接触而避免诸如短路的问题。优选地，在所形成的氧化物绝缘层中，形成有一个或多个通孔或开口，以便经由该通孔可以将之前形成的金属电极层与后面形成的一个或多个另外的金属电极层通过相应的电连接端进行电连接。

此外，在本实用新型的方法中，由于采用了如上提及的负胶作为掩膜，因而可以将异质结刻蚀成正梯形的形状，所以在蒸镀金属电极时，在异质结上形成的是边缘接触。同时，氮化硼自身本来就是一种良好的绝缘体，所以可以省去传统半导体工艺中生长额外氧化层的步骤，直接在蒸镀源、漏电极时同时蒸镀上栅极。

此外，在本实用新型的方法中，由于石墨烯是双极性材料，因此可以通过调控栅极电压的正负来决定它是电子导电还是空穴导电，由此可以省去传统半导体中的离子注入以及与其配套的相关步骤。

下面结合实施例对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述。本领域技术人员明白，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。同时，基于这些实施例，本领域普通技术人员在未付出创造性劳动下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型的保护范围，并且这些实施例不限制本实用新型的范围。

实施例1

提供氮化硼/石墨烯/氮化硼异质结：在CVD设备(可得自沈阳科仪) 中，利用CVD方法在25微米厚的铜箔(可得自中铝上铜)上利用硼前驱体(可得自美国Gelest)生长一层氮化硼，生长温度为1035℃，生长时间为20分钟，所用硼前驱体为硼吖嗪(可得自美国Gelest)，通过载气鼓泡法带入高温区生长，载气为氩气或者氮气，载气流量为0.5sccm，得到在铜箔上的氮化硼层(0.3纳米厚度)。在第一层氮化硼生长完成后，通入氮气进行吹扫30s。然后在生长基底铜箔上方50微米处放置25微米厚的铜箔催化剂，通入甲烷(可得自林德气体)开始在所得到的氮化硼层上生长作为第二层的石墨烯层，甲烷流量为5sccm，生长时间为10分钟，生长温度为1035℃，得到厚度为0.7纳米的石墨烯层。石墨烯层生长完成后，通入氮气进行吹扫30s。接着，将铜块催化剂移出高温区，换一块新的铜箔催化剂(25微米厚)放在生长基底上方50微米处。然后开始在石墨烯层上利用前述硼前驱体生长作为第三层的另一个氮化硼层，通过载气鼓泡法将硼吖嗪带入高温区生长，载气流量为0.5sccm，生长温度为 1035℃，生长时间为20分钟，上述过程中气压均保持在3Pa，由此得到所需的氮化硼/石墨烯/氮化硼异质结。

将生长在铜箔上的氮化硼/石墨烯/氮化硼异质结上旋涂一层PMMA 保护胶，旋涂转速为3000转/分钟，旋涂时间为2分钟。旋涂后进行烘烤 (KW-4AH-600)，烘烤温度为180℃，时间5分钟。将烘烤后的样品(即铜箔/异质结/PMMA层)水平放入0.25mol/L的过硫酸铵水溶液(购自上海沪式)中静置3小时，以将铜箔刻蚀掉。在铜箔被彻底刻蚀完之后， PMMA与异质结的结合体(即一层薄膜)将会漂浮在该水溶液表面上。用作为基底的纯硅片(购自合肥科晶)将此薄膜捞出，并使薄膜和基底贴合。室温下静置30分钟，烘干(烤胶台KW-4AH-600，80℃)，经过1小时后，将带有异质结的基底放入丙酮(购自上海沪式)中浸泡2小时，以此来去除PMMA胶。完全溶解后，取出样品，用氮气枪吹干，由此完成转移。

在转移后的样品上旋涂一个PMMA层，旋涂转速为4000转/分钟，旋涂时间为2分钟，旋涂后进行烘烤(KW-4AH-600)，烘烤温度为180℃，时间5分钟；之后在该PMMA胶上旋涂一个HSQ层，旋涂转速为5000 转/分钟，旋涂时间为2分钟，旋涂后进行烘烤，烘烤温度为120℃，时间20分钟，由此形成由二者构成的复合层的掩模。将旋涂完成的样品放入电镜腔室中准备曝光，电镜选用FEI Inspect F50，其中加速电压为30KV，束流为100pA，曝光图形范围为30nm*20nm的长方形条带，图形与图形之间的间隔为10nm，由此可以在0.1cm*0.1cm大小的异质结上曝光出约10亿个这样的长方形条带图形。将曝光后的样品取出，放入作为显影液的四甲基氢氧化铵(TMAH)水溶液(购自Acros Organics)中显影，将没有被电子束照射曝光的地方溶解，露出需要被刻蚀的部分。显影液TMAH浓度为10重量％，显影温度为21℃，显影时间为5min。将显影后的样品取出用氮气吹干后进行干法刻蚀，即利用氧气(O₂)和三氟甲烷(CHF₃)混合气经过电离(Oxford PlasmaPro 800RIE，功率200W，氧气流量5sccm，三氟甲烷流量50sccm，气压30毫托，反应时间5分钟) 变成等离子体流而与氮化硼和石墨烯反应，由此将未被掩膜保护的部分刻蚀掉，留下所需的异质结结构。干法刻蚀完成后，将样品放入丙酮中浸泡，以去除掩膜。

将样品取出，用氮气吹干，然后再旋涂一个PMMA电子束胶层，悬涂厚度为100nm，转速为4000转/分钟，旋涂时间为2分钟，旋涂后进行烘烤，烘烤温度为180℃，时间5分钟。将经旋涂后的样品放入电镜腔室中进行电子束曝光，曝光参数为如下：加速电压30KV，束流10pA，由此形成源电极、漏电极以及栅电极的结构。曝光完成后，将样品放入作为显影液的IPA和MIBK的混合溶液(体积比为3:1)中以溶解掉被曝光的部分，其中显影时间60秒，显影温度21℃。显影完成后，放入电子束蒸发镀膜设备(购自沈阳科仪)中，镀上金属电极，所述金属电极为3nm钛 (Ti)/20nm金(Au)(镀钛速率为1埃每秒，镀金速率为2埃每秒)。蒸镀完成后，将样品浸入丙酮中保持5小时，以将多余的金属剥离，使得只留下需要的源、漏及栅电极结构，由此获得了本实用新型的具有独立异质结的石墨烯晶体管电路装置，其中的源、漏以及栅电极可以通过引线或电连接端子与外界的相关装置进行电气连接。

实施例2

本实施例是为了在上述实施例1获得的石墨烯晶体管电路装置(具有一个电极层)上实现一些更复杂的功能，而提供另外的第二电极层或者甚至更多个的电极层。而为了提供另外的第二电极层或者更多个电极层，需要在这些电极层之间生长氧化物绝缘层。

具体地，在实施例1所获得的石墨烯晶体管电路装置上，采用ALD 方法在电极层上生长一个50nm厚的三氧化二铝层，以此来充当氧化物绝缘层。在所形成的氧化物绝缘层中，形成有五个通孔。之后，通过与实施例1中形成源、漏及栅电极结构的相同过程在该氧化物绝缘层上形成第二电极层。由于该氧化物绝缘层的存在，该第二电极层不会与之前形成的第一电极层直接接触，但它们之间可以经由该氧化物绝缘层中所形成的通孔进行电连接。在该第二电极层上，同样通过ALD方法生长一个50nm厚的三氧化二铝层，以覆盖该第二电极层以阻止其与外界环境直接接触，由此形成具有两个金属电极层的石墨烯晶体管电路装置。图5为根据本实用新型实施例2制备的石墨烯晶体管电路装置的立体示意图，如图5所示，所形成的石墨烯晶体管电路装置包括硅片基底(未显示)、在基底上的异质结(氮化硼(1)/石墨烯(2)/氮化硼(3)异质结)、在其上形成的电极层(包括在异质结两侧形成的源极(19)区域、在异质结中部形成的漏极(20)区域和在异质结上部形成的栅极(21)区域)、在该电极上形成的氧化物绝缘层(22) (其中具有用于电极层引出的开口或通孔(23))、在该氧化物绝缘层上形成的与第一电极层构成相同的第二电极层(未显示)以及在该第二电极层上形成的具有开口或通孔的第二氧化物绝缘层(未显示)。

实施例3

如实施例1中所述的相同过程获得在铜箔上生长的氮化硼/石墨烯/氮化硼异质结。

将生长在铜箔上的氮化硼/石墨烯/氮化硼异质结上旋涂一层PMMA 保护胶，旋涂转速为3000转/分钟，旋涂时间为2分钟。旋涂后进行烘烤 (KW-4AH-600)，烘烤温度为180℃，时间5分钟。将烘烤后的样品(即铜箔/异质结/PMMA层)水平放入0.25mol/L的过硫酸铵水溶液(购自上海沪式)中静置3小时，以将铜箔刻蚀掉。在铜箔被彻底刻蚀完之后， PMMA层与异质结的结合体(即一层薄膜)将会漂浮在该水溶液表面上。用作为基底的PET片(购自合肥科晶)将此薄膜捞出，并使薄膜和基底贴合。室温下静置30分钟，烘干(烤胶台KW-4AH-600，80℃)，经过1小时后，将带有异质结的基底放入丙酮(购自上海沪式)中浸泡2小时，以此来去除PMMA胶层。完全溶解后，取出样品，用氮气枪吹干，由此完成转移。

在转移后的样品上旋涂一个PMMA层，旋涂转速为4000转/分钟，旋涂时间为2分钟，旋涂后进行烘烤，烘烤温度为180℃，时间5分钟；之后在该PMMA胶上旋涂一个HSQ层，旋涂转速为5000转/分钟，旋涂时间为2分钟，旋涂后进行烘烤，烘烤温度为120℃，时间20分钟，由此形成由二者构成的复合层的掩模。将旋涂完成的样品放入电镜腔室中准备曝光，电镜选用FEI Inspect F50，其中加速电压为30KV，束流为100pA，曝光图形范围为30nm*20nm的长方形条带，图形与图形之间的间隔为 10nm，由此可以在0.1cm*0.1cm大小的异质结上曝光出约10亿个这样的长方形条带图形。将曝光后的样品取出，放入作为显影液的四甲基氢氧化铵(TMAH)水溶液(购自Acros Organics)中显影，将没有被电子束照射曝光的地方溶解，露出需要被刻蚀的部分。显影液TMAH浓度为10重量％，显影温度为21℃，显影时间为5min。将显影后的样品取出用氮气吹干后进行干法刻蚀，即利用氧气(O₂)和三氟甲烷(CHF₃)混合气经过电离(Oxford PlasmaPro 800RIE，功率200W，氧气流量5sccm，三氟甲烷流量50sccm，气压30毫托，反应时间5分钟)变成等离子体流而与氮化硼和石墨烯反应，由此将未被掩膜保护的部分刻蚀掉，留下所需的异质结结构。干法刻蚀完成后，将样品放入丙酮中浸泡，以去除掩膜。

将样品取出，用氮气吹干，然后再旋涂一个PMMA电子束胶层，悬涂厚度为100nm，转速为4000转/分钟，旋涂时间为2分钟，旋涂后进行烘烤，烘烤温度为180℃，时间5分钟。将经旋涂后的样品放入电镜腔室中进行电子束曝光，曝光参数为如下：加速电压30KV，束流10pA，由此形成源电极、漏电极以及栅电极的结构。曝光完成后，将样品放入作为显影液的IPA和MIBK的混合溶液(体积比为3:1)中以溶解掉被曝光的部分，其中显影时间60秒，显影温度21℃。显影完成后，放入电子束蒸发镀膜设备(购自沈阳科仪)中，镀上金属电极，所述金属电极为3nm钛 (Ti)/20nm金(Au)(镀钛速率为1埃每秒，镀金速率为2埃每秒)。蒸镀完成后，将样品浸入丙酮中保持5小时，以将多余的金属剥离，使得只留下需要的源、漏及栅电极结构，由此获得了本实用新型的具有独立异质结的石墨烯晶体管电路装置，其中的源、漏以及栅电极可以通过引线或电连接端子与外界的相关装置进行电气连接。

在所获得的石墨烯晶体管电路装置上，采用ALD方法在电极层上生长一个50nm厚的三氧化二铝层，以此来充当氧化物绝缘层。在所形成的氧化物绝缘层中，形成有五个通孔。之后，通过与前述形成源、漏及栅电极结构的相同过程在该氧化物绝缘层上形成第二电极层。由于该氧化物绝缘层的存在，该第二电极层不会与之前形成的第一电极层直接接触，但它们之间可以经由该氧化物绝缘层中所形成的通孔进行电连接。在该第二电极层上，同样通过ALD方法生长一个50nm厚的三氧化二铝层，以覆盖该第二电极层以阻止其与外界环境直接接触，由此形成具有两个金属电极层的石墨烯晶体管电路装置。将此蒸镀电极层以及生长氧化物绝缘层的过程再重复三次，由此获得具有五层电极连接的石墨烯晶体管装置，从而实现更复杂的逻辑功能。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和修饰，这些改进和修饰也应视为在本实用新型的保护范围内。

Claims (6)

1.一种石墨烯晶体管电路装置，所述石墨烯晶体管电路装置包括：

基底；

设置在所述基底上的氮化硼/石墨烯/氮化硼异质结，其中通过在所述异质结上形成掩模并进行电子束曝光，然后通过干法刻蚀形成所需的晶体管结构；

设置在具有所述晶体管结构的异质结上的包括源电极、漏电极和栅电极的电极层。

2.根据权利要求1所述的石墨烯晶体管电路装置，其特征在于，所述石墨烯晶体管电路装置还包括设置在所述电极层上的氧化物绝缘层和设置在所述氧化物绝缘层上的包括电连接端的电引出层。

3.根据权利要求2所述的石墨烯晶体管电路装置，其特征在于，所述氧化物绝缘层具有一个或多个通孔，并且所述电连接端经由所述通孔分别连接至所述源电极、漏电极和栅电极。

4.根据权利要求2所述的石墨烯晶体管电路装置，其特征在于，所述氧化物绝缘层和电引出层的数量为2个以上。

5.根据权利要求2所述的石墨烯晶体管电路装置，其特征在于，所述氧化物绝缘层和电引出层的厚度分别为20～100nm。

6.根据权利要求1所述的石墨烯晶体管电路装置，其特征在于，所述石墨烯晶体管电路装置为正梯形形状。