用于石墨烯部分的电气接触的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明的实施例涉及包括单层石墨烯(graphene)部分的电气器件。本发明的进一步的实施例涉及用于制造电气器件的方法。一些实施例涉及石墨烯接触。
【背景技术】
[0002]当制造包括石墨烯的电气器件(例如，晶体管)时，由金属制成的常规接触电极与石墨烯之间的接触电阻呈现出高值，这可能限制这样的器件的性能。高接触电阻可以通过两种机制来解释。术语“电气器件”也意指包括电子器件，诸如晶体管、二极管、光电探测器等。
[0003]对于未与石墨烯形成化学键的金属，石墨烯的功函数(Φ = 4.6 eV)与实际所有金属的差异导致费米级的对准和电荷转移。
[0004]对于与石墨烯形成化学键的金属，石墨烯的π -电子与金属的d-电子之间的交互导致带隙的形成。
【发明内容】
[0005]在一些实施例中，一种电气器件包括:单层石墨烯部分，其在横向方向延伸；多层石墨稀结构，其与所述单层石墨稀部分横向接触；以及石墨部分，其与所述多层石墨稀结构的表面接触。
[0006]在其他实施例中，一种电气器件包括:石墨烯部分，其在横向方向延伸；以及石墨部分，其被配置为提供针对所述石墨烯部分的横向接触。
[0007]在再其他实施例中，一种方法包括:在衬底上形成单层石墨烯部分；在所述衬底上形成多层石墨烯结构，所述多层石墨烯结构与所述单层石墨烯部分横向相邻并且接触所述单层石墨烯部分；以及提供接触所述多层石墨烯结构的表面的石墨部分。
[0008]在另外的实施例中，一种方法包括:提供彼此横向邻近的第一金属衬底和第二金属衬底。所述方法还包括在所述第一金属衬底的表面或界面处形成单层石墨烯部分；在所述第二金属衬底的表面或界面处形成多层石墨烯结构；以及在所述多层石墨烯结构的表面处形成石墨部分。
[0009]在各种实施例中，一种方法包括:在衬底上形成石墨烯部分；以及在所述衬底上提供与单层石墨烯部分横向相邻的石墨部分，来提供针对所述石墨烯部分的横向接触。
【附图说明】
[0010]图1示出了石墨-钛接触的I/U图；
图2A示出了在石墨烯的顶部表面/侧面形成石墨接触的不同阶段期间电气器件的示意性横截面；
图2B示出了在多层石墨烯结构的顶部表面/侧面形成石墨接触的不同阶段期间电气器件的示意性横截面，多层石墨烯结构接触单层石墨烯部分； 图2C示出了在石墨烯的侧面形成横向石墨接触的不同阶段期间电气器件的示意性横截面；
图2D示出了形成多层石墨烯结构的横向石墨接触的不同阶段期间电气器件的示意性横截面，多层石墨烯结构横向接触单层石墨烯部分；
图3A示出了在石墨烯的底部表面/侧面提供石墨接触的不同阶段期间电气器件的示意性横截面；
图3B示出了在多层石墨烯结构的底部表面/侧面提供石墨接触的不同阶段期间电气器件的示意性横截面；
图4A和4B图示了同时沉积的单层石墨烯(图4A)和多层石墨烯(图4B)的拉曼光谱(Raman spectra)；
图5示出了形成具有到任意衬底上的转移的单层/多层组合结构的示意性横截面；
图6示出了形成具有到任意衬底上的转移的单层/多层组合结构的示意性横截面，其中在第一金属衬底与第二金属衬底之间提供扩散阻挡层；以及
图7示出了直接在任意(最后)衬底上形成单层/多层组合结构的示意性横截面。
[0011]在使用附图进一步详细讨论本发明的实施例之前，要指出的是，在各图中，等同元素、具有相同功能或相同效果的元素被提供有相同或类似附图标记，使得在不同实施例中说明的这些元素及其功能性的描述在不同实施例中是相互可互换的或者可以应用于彼此。
【具体实施方式】
[0012]石墨烯具有多个令人感兴趣的电气和光学属性，这些属性自石墨烯的成功隔离在2004年被首次宣布以来引起了热切的研宄。然而，石墨稀与金属导线之间的相对高的接触电阻迄今为止仍限制包括作为功能部分的石墨烯的电气器件的许多设计的性能。
[0013]因此，存在针对石墨烯部分的电气接触的减小接触电阻的需要。
[0014]本发明的实施例提供了相对低的接触电阻，这可以通过使用石墨作为接触材料来实现。石墨具有与无掺杂石墨烯的功函数相同的功函数。通过修改石墨(例如，掺杂、微晶大小等)，功函数也可以调整成掺杂石墨烯的功函数。石墨烯的π-电子与石墨的J1-电子的交互作为结果不会导致带隙的形成。取决于微晶大小，石墨具有特定电阻，范围从10_6到1-3Ohm cm，S卩，范围从金属直到掺杂多晶硅。因此，石墨接触也可以形成为导线并且可以整合在金属化方案中。例如，石墨与由金属(例如，钛Ti)制成的另外的接触导线之间的接触表现得像欧姆电阻，并且可以用大面积方式、独立于晶体管沟道长度来实现。
[0015]图1是石墨-钛接触的I/U特性。可以看到，在从-0.6V到+0.6V的电压范围中，石墨-钛接触示出线性行为。
[0016]实施例涉及使用石墨来接触石墨烯。可选地，可以插入多层石墨烯的过渡区。该材料组合是可通过分别在不同金属衬底区上选择性沉积石墨烯或多层石墨烯来制造的。
[0017]图2A至2D示意性图示了用于借助于石墨部分106来电气接触单层石墨烯部分102的过程。
[0018]如图2A中所示意性示出的，在衬底10的主表面处(例如，在衬底10的上表面处)提供单层石墨烯部分102。单层石墨烯部分102可以通过各种可能的技术来提供，诸如从另一衬底(物理)转移或者通过沉积过程(例如，化学汽相沉积，CVD)?然后，可以在单层石墨烯部分102的表面处形成硬掩膜(hardmask) 170。硬掩膜170可以被结构化，使得其覆盖单层石墨烯部分102的表面的第一部分并暴露(即，不覆盖)该表面的第二部分。例如，单层石墨烯部分102的表面的第二部分可以是在单层石墨烯部分102的边缘处的部分。然后，可以在硬掩膜170和单层石墨烯部分102的暴露表面处沉积石墨层116。通过移除硬掩膜170，还连同硬掩膜170 —起移除沉积的石墨层116的部分，具体地，覆盖硬掩膜170的那部分。石墨层116的直接沉积在单层石墨烯部分102上的部分被维持并形成石墨部分106。产生的电气器件示意性示出在图2A的底部图片中。该电气器件包括在横向方向延伸的单层石墨烯部分102。横向方向可以理解为定义与衬底10的主表面基本平行并且还与单层石墨烯部分102的片状结构的定向基本平行的平面。该电气器件还包括石墨部分106，石墨部分106在图2A的情况中与单层石墨烯部分102的上表面接触，更精确地与单层石墨烯部分102的表面的第二部分接触。以该方式，表面接触或界面接触108形成。
[0019]图2B示出了与图2A类似的过程，其中，附加地提供了多层石墨烯结构104。如在图2B中在顶部图片所示意性图示的，衬底10的主表面覆盖有单层石墨烯部分102并且与其相邻地覆盖有多层石墨烯结构104。如上文所描述的，例如，这可以通过单层石墨烯部分102和多层石墨烯结构104从另一衬底(临时衬底)的转移或通过沉积过程来实现。然后，形成硬掩膜170，使得硬掩膜170基本上覆盖整个单层石墨烯部分102和多层石墨烯结构104的一部分。然后，石墨层116沉积在硬掩膜170上和多层石墨稀结构104的未被硬掩膜170覆盖的那部分上。移除硬掩膜170导致移除石墨层116的沉积在硬掩膜117上的那部分，而石墨层116的直接沉积在多层石墨烯结构104上的另一部分未被移除而是被保留，并由此形成石墨部分106。如在图2B的底部图片中所示意性示出的，电气器件包括在横向方向延伸的单层石墨烯部分102。电气器件还包括横向接触单层石墨烯部分102的多层石墨烯结构104，由此形成在单层石墨烯部分102与多层石墨烯结构104之间的横向接触118。电