本文關鍵詞：石墨烯場效應晶體管的制備與摻雜方法研究

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【摘要】：石墨烯是一種新型的二維納米材料,具有出色的電學性能,理論上載流子遷移率可以達到200000 cm~2/(V×s),是硅中電子遷移率的近200倍。完美的晶格結構使得本征石墨烯中的電子傳輸幾乎不受散射,費米速度接近光速的三百分之一。出色的性能使得石墨烯在很多方面都有潛在應用,例如傳感器、晶體管等。本文基于傳統(tǒng)濕法轉移工藝建立了適合于實驗室操作的石墨烯濕法轉移工藝標準流程,有效解決了轉移過程中的石墨烯破損、背面殘留石墨烯等問題。針對石墨烯轉移中易出現(xiàn)的殘膠問題,建立了PMMA覆蓋率指數(shù)(CovPRP)對殘膠量進行定量表征,通過實驗研究了后烘溫度對石墨烯殘膠的影響。研究發(fā)現(xiàn)后烘溫度越高PMMA覆蓋率指數(shù)(CovPRP)越大,另外,AFM掃描也顯示后烘以后石墨烯表面殘膠量增大。在此基礎上提出了能有效減少殘膠的Heat-Free-Transfer工藝,該工藝在濕法轉移工藝標準流程的基礎上摒棄了后烘工藝過程,同時對濕法去膠工藝進行調(diào)整,最終獲得了結構完整,質(zhì)量均勻,殘膠量少的石墨烯樣片。在完成石墨烯轉移的基礎上進行了兩種器件的制備。一種是背柵結構的石墨烯場效應晶體管(GFET),這種背柵GFET采用重摻雜的硅作為背柵電極;另一種是埋柵結構的射頻GFET,采用電子束光刻定義柵條寬度為80nm,30nm氧化鉿HfO2做柵介質(zhì),鈦/金做源漏電極。電學測試發(fā)現(xiàn)兩種GFET的狄拉克點電壓VDirac都大于+30V,石墨烯為P型摻雜狀態(tài)。利用矢量網(wǎng)絡分析儀測試射頻GFET的S參數(shù)并進行到h21的轉換,獲得器件截止頻率為1.09Ghz,去除器件寄生參數(shù)后的截止頻率達到4.5Ghz。為了利用Si_3N_4對石墨烯進行摻雜,首先確定了適合于在石墨烯上生長氮化硅薄膜的PECVD參數(shù):功率10W,溫度200℃,壓強55Pa,SiH4 40sccm/NH3 40sccm,N2 150sccm。按照此參數(shù)氮化硅沉積速率可以控制在1?/s以下,然后在背柵GFET上沉積25nm Si_3N_4薄膜對石墨烯進行摻雜。拉曼光譜表征發(fā)現(xiàn)沉積Si_3N_4后石墨烯D峰強度較小,G峰向低波數(shù)方向移動,電學測試觀察到GFET的狄拉克點電壓VDirac左移至-25V,相比摻雜前的VDirac變化超過55V,表明氮化硅對石墨烯引入了N型摻雜。19天的跟蹤測試發(fā)現(xiàn)背柵GFET的VDirac發(fā)生了退化,并且VDirac逐漸趨向于-5V,表明氮化硅摻雜石墨烯具有一定的穩(wěn)定性。研究發(fā)現(xiàn)石墨烯上的PECVD氮化硅可以對石墨烯引入N型摻雜,并且摻雜具有一定的穩(wěn)定性。
【關鍵詞】：石墨烯 晶體管 PECVD 摻雜 氮化硅
【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN386
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 緒論10-17
• 1.1 引言10-11
• 1.2 石墨烯的性質(zhì)11-13
• 1.2.1 石墨烯的結構11-12
• 1.2.2 石墨烯的物理性質(zhì)12-13
• 1.3 石墨烯國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀13-15
• 1.3.1 石墨烯場效應晶體管的研究現(xiàn)狀13-14
• 1.3.2 石墨烯摻雜的研究現(xiàn)狀14-15
• 1.4 論文的研究意義和內(nèi)容15-17
• 1.4.1 論文的研究意義15
• 1.4.2 本文的主要工作15-17
• 第二章 石墨烯的制備與表征17-25
• 2.1 引言17
• 2.2 石墨烯的制備17-20
• 2.2.1 微機械剝離法17-18
• 2.2.2 熱分解碳化硅法18-19
• 2.2.3 還原氧化石墨烯法19
• 2.2.4 化學氣相淀積法19-20
• 2.3 石墨烯的表征20-24
• 2.3.1 光學顯微鏡20-21
• 2.3.2 原子力顯微鏡21-22
• 2.3.3 拉曼光譜22-24
• 2.3.4 其他表征方法24
• 2.4 本章小結24-25
• 第三章 石墨烯濕法轉移工藝研究25-35
• 3.1 引言25
• 3.2 石墨烯濕法轉移工藝標準流程25-27
• 3.3 后烘溫度對PMMA殘留的影響27-31
• 3.3.1 光學顯微鏡對PMMA殘留的表征27-29
• 3.3.2 PMMA覆蓋率指數(shù)的定量表征29-31
• 3.4 石墨烯HEAT-FREE-TRANSFER工藝31-33
• 3.5 本章小結33-35
• 第四章 石墨烯MOSFET的制備與性能測試分析35-52
• 4.1 引言35
• 4.2 石墨烯MOSFET的結構及原理35-36
• 4.3 石墨烯MOSFET的制備36-42
• 4.3.1 背柵結構MOSFET的制備36-38
• 4.3.2 射頻石墨烯晶體管的制備38-42
• 4.4 石墨烯MOSFET的性能測試和分析42-50
• 4.4.1 背柵GFET的測試分析42-45
• 4.4.2 射頻GFET的測試分析45-50
• 4.5 本章小結50-52
• 第五章N型摻雜石墨烯及其場效應晶體管52-74
• 5.1 引言52
• 5.2 PECVD及氮化硅生長參數(shù)研究52-63
• 5.2.1 單一條件影響下的成膜分析54-57
• 5.2.2 約化功率密度綜合分析模型57-61
• 5.2.3 PECVD生長氮化硅關鍵參數(shù)分析61-63
• 5.3 氮化硅摻雜石墨烯及其場效應晶體管63-73
• 5.3.1 氮化硅摻雜石墨烯的XPS分析63-64
• 5.3.2 氮化硅摻雜石墨烯的Raman分析64-69
• 5.3.3 氮化硅摻雜GFET的穩(wěn)定性分析69-73
• 5.3.4 氮化硅摻雜石墨烯的原理分析73
• 5.4 本章小結73-74
• 第六章 總結與展望74-75
• 6.1 總結74
• 6.2 展望74-75
• 致謝75-76
• 參考文獻76-80
• 攻碩期間獲得的研究成果80-81

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