论文部分内容阅读
2004年发现的石墨烯,是指由单层碳原子密堆成二维蜂窝状晶格结构的一种碳质新材料。石墨烯因具有极高的载流子迁移率、优良的导热性、极高的透光率以及优异的力学性质,而受到极大的关注。本论文首先采用CVD法制备了石墨烯薄膜,利用光学显微镜和拉曼光谱对石墨烯薄膜进行了表征,然后研究并优化了石墨烯晶体管的微细加工工艺,最后对石墨烯场效应晶体管的电学性能进行了系统研究。主要的研究结果如下：(1)以金属铜箔为催化剂、CH4为碳源气体、H2为载气,采用优化后的CVD工艺,制备了石墨烯薄膜并将其转移到了SiO2/Si衬底上,拉曼测试结果显示转移到SiO2/Si衬底上的石墨烯薄膜的G峰与2D峰的强度比约-0.295,表明该石墨烯薄膜为单原子层,此外石墨烯薄膜的G峰与2D峰的半高宽分别为24.8,43.8cm-1,显示出石墨烯薄膜具有较高的晶体质量。(2)研究了石墨烯作为沟道层、二氧化硅为背栅介质的场效应晶体管的制作工艺,优化了石墨烯场效应晶体管的光刻、显影、干刻以及电极生长工艺参数,制备出了石墨烯场效应晶体管,研究结果表明石墨烯具有典型的双极性转移特性,器件呈p型,狄拉克点无法测出,主要是由于石墨烯表面的PMMM残留以及石墨烯表面以及石墨烯与氧化硅基片界面吸附水与氧分子等所致。(3)研究了电加热、氨分子吸附、以及顶栅结构对石墨烯晶体管电学性能的影响规律,研究结果表明：(i)采用电加热的方式,使石墨烯表面的吸附分子发生脱附,经过14V电加热处理后,石墨烯的电阻增大-130%,这是由于石墨烯表面的吸附分子减少,使得石墨烯的掺杂浓度降低,从而导致石墨烯的电阻增大；(ii)采用吸附氨分子对石墨烯进行N型掺杂,研究结果表明吸附氨分子后石墨烯薄膜的狄拉克点减小到-40V,但随着暴露在空气中的时间的增加,水、氧分子吸附增多,导致石墨烯薄膜的狄拉克点逐渐正向移动,显示出P型掺杂效果；(iii)氧化铝顶栅能改善石墨烯晶体管的性能,但氧化铝薄膜的制备会导致缺陷增加,使石墨烯薄膜的迁移率降低。