襯底材料對(duì)石墨烯薄膜生長(zhǎng)影響研究

劉 姍 ,王 偉 ,蔣志偉 ,樊瑞祥 ,楊玉帥 ,王 凱

(1.河北工業(yè)大學(xué) 電子信息工程學(xué)院,天津 300401;2.天津市電子材料與器件重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,天津 300401)

在過(guò)去幾十年間,隨著現(xiàn)代電子設(shè)備對(duì)集成電路性能的需求不斷提高,硅基電路特征尺寸已經(jīng)步入10 nm級(jí)別[1]。然而,集成度的提高也帶來(lái)了閾值電壓降低、漏電流增大等一系列短溝道效應(yīng),嚴(yán)重影響器件壽命[2]。隨著半導(dǎo)體器件尺寸不斷地縮小,傳統(tǒng)硅基電路的缺點(diǎn)逐漸暴露,尋找新型半導(dǎo)體材料是進(jìn)一步推動(dòng)集成電路發(fā)展的重要思路。石墨烯是碳原子以sp2雜化形成的二維蜂窩狀材料[3],具有優(yōu)異的電學(xué)性能以及散熱性能[4-5],在室溫條件下,Si 的電子遷移率僅為1350 cm2/(V·s)[6],而單層石墨烯薄膜的電子遷移率高達(dá)2×105cm2/(V·s)[6],以石墨烯代替硅作為CMOS 電路有源層能大幅度提高芯片運(yùn)行速度。高K 介質(zhì)是一種重要的薄膜材料,與傳統(tǒng)SiO2介質(zhì)層相比,高K 介質(zhì)材料有更厚的等效物理厚度,在集成電路中能夠完美替代SiO2[7]作為柵極材料,以高K 絕緣介質(zhì)HfO2為襯底可直接應(yīng)用于制備石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管(GFET)半導(dǎo)體工藝中。因此,石墨烯薄膜原位生長(zhǎng)優(yōu)化對(duì)石墨烯器件的發(fā)展與應(yīng)用具有重要意義。

當(dāng)前,石墨烯薄膜的制備方法主要包括機(jī)械剝離法、SiC 熱分解法、氧化還原法以及化學(xué)氣相淀積法(CVD)[8]。其中,等離子體化學(xué)氣相淀積(PECVD)作為一種特殊的化學(xué)氣相淀積技術(shù),利用了反應(yīng)氣體在射頻電場(chǎng)下的輝光放電,能夠大大降低沉積石墨烯薄膜時(shí)的溫度,是低溫?zé)o轉(zhuǎn)移生長(zhǎng)石墨烯薄膜的重要手段?！?br>