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石墨烯作为一种新型的二维材料,具备极佳的物理和电学特性,被认为是潜在的替代硅成为场效应晶体管的沟道材料。金属/石墨烯接触直接影响器件导通电阻,而导通电阻是决定器件性能的关键指标。金属与石墨烯间的电流主要通过边缘传输,在接触界面引入边缘接触,可以增大接触电流,进而减小接触电阻。本论文对金属/石墨烯边缘接触进行了系统研究,探索了金属与石墨烯边缘接触的结构和实现工艺,证明了形成边缘接触降低接触电阻的有效性,并利用快速热退火工艺进一步优化了其接触电阻。论文的研究内容和成果如下: 1.基于对石墨烯/金属接触机理的分析,比较了接触电阻的石墨烯/金属接触方式,主要包括:面接触、近似边缘接触和完全边缘接触,以这三种接触方式为基础研究金属/石墨烯接触电阻的优化。 2.研究了形成上述三种结构的方法,即引入不同时长的低能氧等离子体(0s,5s,15s和60s)处理接触区域的石墨烯形成上述三种接触结构。实验结果表明,经过5s氧等离子处理后的形成近似边缘接触的器件接触电阻最小,为253.6Ω·μm。此结果表明,利用氧等离子体处理接触区域的石墨烯表面形成C-O键,适量的C-O键可以降低石墨烯/金属的热边界电导,提高界面的载流子输送能力,进而改善接触电阻。 3.引入了快速热退火进一步优化金属/石墨烯的接触电阻。在三次不同温度的快速热退火处理之后,所有结构的器件接触电阻都得到了显著改善,尤其是完全边缘接触器件。在500℃的快速热退火之后,完全边缘接触器件的平均接触电阻达到了118Ω·μm,其中最小值为92Ω·μm。和相同退火温度下的面接触器件相比,完全边缘接触器件的接触电阻降低了37.1%。这表明完全边缘接触器件对快速热退火更敏感,并且有获得更低的金属/石墨烯接触电阻的优势。 本论文采用氧等离子处理石墨烯形成边缘接触和快速热退火的方法,有效地优化了石墨烯/金属接触电阻,提升了石墨烯器件的性能。上述技术与大规模集成电路制造工艺兼容,具有广泛的应用前景。