石墨烯晶体管优化制备工艺在单片集成驱动氮化镓微型发光二极管中的应用

摘要

在显示领域,微型发光二极管(micro-LED)潜力巨大,有望引领下一代新型显示技术的发展方向,其显示性能在很多方面优于现有的液晶、有机发光二极管(OLED),但巨量的micro-LED像素点与驱动电路不在同一晶圆上制备,面临巨量转移的技术瓶颈.本文将新兴的石墨烯场效应晶体管作为驱动元件与氮化镓(GaN)micro-LED进行单片集成,因为二者直接制备于同一衬底上,所以从根源上规避了巨量转移的技术难题.此外,传统光刻工艺中紫外光刻胶直接接触石墨烯,会引入严重掺杂导致场效应晶体管性能较差,进而影响集成器件性能.本文提出了一种利用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)薄膜作为保护层,直接旋涂紫外光刻胶进行垫层光刻的全新工艺方法,优化了石墨烯场效应晶体管制备工艺.首先在分立的石墨烯场效应晶体管中进行验证,相比于没有进行PMMA薄膜保护的器件,采用新工艺制备的石墨烯器件狄拉克点的栅极电压(Vg)距零点的偏差降低了22 V,载流子迁移率提升了32％.此外,将新工艺应用到集成器件制备后,发现集成器件性能得到了大幅提升.利用此新技术,由于有PMMA的保护,紫外光刻胶不再与敏感的石墨烯沟道直接接触.掺杂效应和随之而来的器件性能下降被有效扼制.因为此技术简便而廉价,所以也可应用到石墨烯之外的其他二维材料中,例如MoS2和h-BN,有望对本领域的器件工程师产生一定的参考价值.