CVD石墨烯场效应晶体管的制备及性能研究

摘要

自从2004年石墨烯被发现以来,因其独特的结构、非比寻常的电学性能与光学性能、良好的机械性能以及热稳定性得到了越来越多的关注。本论文采用化学气相沉积(CVD)法制备的石墨烯薄膜,围绕CVD石墨烯薄膜的转移技术以及器件的制备工艺,研究其对石墨烯晶体管性能的影响机制,取得的主要研究结果如下:
　　1.在传统的 PMMA湿法转移的基础上,引入了氧等离子体刻蚀铜箔背面的石墨烯;HCl和H2O2混合溶液以及NH3·H2O溶液去除石墨烯表面的金属铜以及铜的氧化物等杂质颗粒;异丙醇或甲酰胺置换石墨烯/SiO2界面的水分子,有效地去除石墨烯表面的褶皱。优化后的转移工艺可以实现CVD石墨烯薄膜对目标衬底的完整转移,转移后的薄膜表面干净无破损,和传统PMMA湿法转移工艺相比,石墨烯场效应晶体管的狄拉克点显著减小(p型掺杂减小),以及其迁移率显著提高(减小杂质散射)。
　　2.系统研究了石墨烯场效应晶体管的制备工艺对器件的性能的影响规律,研究结果显示在光刻工艺中,采用适当的过曝光,可以减少石墨烯上面的光刻胶残留,而且在生长电极之后更容易剥离;在干刻工艺中,应采用较低的功率和较短的时间,这样可以避免在氧等离子体的作用下光刻胶性质发生变化,使得光刻胶在去胶过程中难以完全去除,进而严重影响石墨烯与电极间的电学接触;通过减少曝光工艺的次数,可以进一步减少石墨烯表面残留的光刻胶,进而减小器件的p型掺杂和接触电阻以及提高其迁移率。
　　3.通过长度传输法研究了金属电极材料对石墨烯场效应晶体管的接触电阻和载流子迁移率的影响规律,研究结果显示对于 Sn、Ti、Ni三种金属材料,以 Ni作为电极时,器件具有最小的接触电阻和最大的迁移率。这主要是由于三种金属中Ni与石墨烯功函数之差最大,而随着电极和石墨烯功函数的差异增大,电子从电极到石墨烯的透射几率将增大,从而接触电阻减小,进而使得石墨烯场效应管晶体管的迁移率增大。因此选择与石墨烯功函数差异大的金属材料作为电极,可以有效地提高石墨烯场效应晶体管的性能。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪 论

1.1 石墨烯概述

1.2 石墨烯的研究现状及发展趋势

1.3 石墨烯场效应晶体管的研究进展

1.4 本文的研究内容与意义

第二章 实验原理及设备

2.1 石墨烯的制备原理、转移工艺及设备

2.2 石墨烯的表征方法及设备

2.3 CVD石墨烯场效应管的工作原理、制备工艺及设备

2.4 石墨烯场效应晶体管的测试方法及设备

第三章 CVD石墨烯转移工艺对晶体管性能的影响研究

3.1传统PMMA湿法转移的石墨烯的效果及器件性能

3.2 石墨烯转移工艺的优化研究

3.3 小结

第四章 微细加工对CVD石墨烯场效应晶体管性能的影响研究

4.1 CVD石墨烯场效应晶体管的制备

4.2 光刻工艺研究

4.3 干刻工艺研究

4.4 微细加工工艺流程的优化

4.5 小结

第五章 金属电极材料对石墨烯场效应晶体管性能的影响研究

5.1传输长度法测量接触电阻的原理及方法

5.2 金属电极材料对器件接触电阻的影响研究

5.3 金属电极材料与器件迁移率的影响研究

5.4小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果