一種基于石墨烯場(chǎng)效應(yīng)管的微區(qū)加熱方法及結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于石墨烯場(chǎng)效應(yīng)管的微區(qū)加方法及結(jié)構(gòu)，所述微區(qū)加熱結(jié)構(gòu)包括以下步驟：首先，制備基于石墨烯的場(chǎng)效應(yīng)管，所述石墨烯具有窄邊微區(qū)結(jié)構(gòu)，所述場(chǎng)效應(yīng)管的背面設(shè)置有背柵；然后，在所述石墨烯兩端的電極之間加電壓源或電流源，通過調(diào)節(jié)背柵電壓，調(diào)制窄邊微區(qū)結(jié)構(gòu)的電阻，從而實(shí)現(xiàn)窄邊微區(qū)結(jié)構(gòu)的加熱，所述加熱的溫度范圍為100～1200℃。本發(fā)明的基于石墨烯場(chǎng)效應(yīng)管的微區(qū)加熱方法，操作簡(jiǎn)單，可以實(shí)現(xiàn)不同尺寸的微區(qū)加熱，并且加熱區(qū)域可控。另外，微區(qū)加熱結(jié)構(gòu)的制備方法簡(jiǎn)單，與現(xiàn)有的MOS工藝兼容，制備的微區(qū)加熱結(jié)構(gòu)產(chǎn)量高、均勻性好。
【專利說明】—種基于石墨烯場(chǎng)效應(yīng)管的微區(qū)加熱方法及結(jié)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及特別是涉及一種基于石墨烯場(chǎng)效應(yīng)管的微區(qū)加熱方法及結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]自從2004年曼徹斯特大學(xué)的Novoselov和Geim小組發(fā)現(xiàn)了單層石墨以來[K.S.Novoselov, A.K.Geim, S.V.Morozov, D.Jiang, Y.Zhang, S.V.Dubonos, 1.V.Grigorieva, and A.A.Firsov, Electric Field Effect in Atomically Thin CarbonFilms, Science306, 666(2004)],石墨烯的研究引起了人們的廣泛關(guān)注。石墨烯具有其他碳家族成員所不具備的獨(dú)特的物理特性，如反常整數(shù)量子霍爾效應(yīng)，本征石墨烯的有限電導(dǎo)，以及普適光電導(dǎo)等。利用這些有趣的物理特性，石墨烯可以用于新型晶體管器件的設(shè)計(jì)。
[0003]常用的加熱方法是基于光學(xué)來加熱部件，包括激光加熱或者電子束加熱。所謂激光加熱利用連續(xù)激光器產(chǎn)生的激光，經(jīng)過聚焦產(chǎn)生高溫射束照射待加熱部件，使部件局部表面瞬間達(dá)到所需溫度。而電子束加熱利用高溫運(yùn)動(dòng)的電子轟擊待加熱部件的表面，使很高的動(dòng)能迅速轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，從而使部件局部迅速提高到所需的溫度。但是，這兩種方法所使用的儀器龐大、操作也復(fù)雜，而且光斑的大小經(jīng)常會(huì)使加熱區(qū)域的尺寸不可控。
[0004]隨著大規(guī)?；瘜W(xué)氣相沉積(CVD)制備石墨的方法不斷進(jìn)步，制備層數(shù)可控、均勻性較好的石墨烯已經(jīng)成為可能?；谑┑膱?chǎng)效應(yīng)管的電學(xué)性能已經(jīng)被研究的很廣泛，但是基于石墨烯場(chǎng)效應(yīng)管的熱性能還未有人研究過，本申請(qǐng)所要保護(hù)的是基于石墨烯場(chǎng)效應(yīng)管的微區(qū)加熱方法及結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)為金屬電極-石墨烯-襯底，通過調(diào)節(jié)背柵電壓來實(shí)現(xiàn)石墨烯不同溫度的加熱。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種基于石墨烯場(chǎng)效應(yīng)管的微區(qū)即熱方法及結(jié)構(gòu)，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中微材料、微結(jié)構(gòu)難以微區(qū)加熱的問題。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種基于石墨烯場(chǎng)效應(yīng)管的微區(qū)加熱方法，所述基于石墨烯場(chǎng)效應(yīng)管的微區(qū)加熱方法至少包括步驟:
[0007]I)制備基于石墨烯的場(chǎng)效應(yīng)管，所述石墨烯具有窄邊微區(qū)結(jié)構(gòu)，所述場(chǎng)效應(yīng)管的背面設(shè)置有背柵；
[0008]2)在所述石墨烯兩端的電極之間加電壓源或電流源，通過調(diào)節(jié)背柵電壓來調(diào)制所述窄邊微區(qū)結(jié)構(gòu)的電阻，從而實(shí)現(xiàn)窄邊微區(qū)結(jié)構(gòu)的高溫加熱；所述加熱的溫度范圍為100 ?1200。。。
[0009]作為本發(fā)明基于石墨烯場(chǎng)效應(yīng)管的微區(qū)加方法的一種優(yōu)化的方案，制備基于石墨烯的場(chǎng)效應(yīng)管的步驟至少包括:
[0010]1-1)提供一目標(biāo)襯底；
[0011]1-2)將制備的石墨烯轉(zhuǎn)移到所述目標(biāo)襯底的表面；[0012]1-3)在所述石墨烯上依次旋涂第一光刻膠和第二光刻膠，對(duì)所述第一光刻膠進(jìn)行曝光顯影之后，對(duì)所述第二光刻膠進(jìn)行顯影以暴露石墨烯表面，所述第一光刻膠和第二光刻膠形成T型結(jié)構(gòu)，在暴露的石墨烯表面沉積金屬層，形成電極；
[0013]1-4)采用電子束曝光工藝圖形化所述石墨烯，并通過氧化刻蝕工藝刻蝕所述石墨烯，從而形成具有窄邊微區(qū)結(jié)構(gòu)的石墨烯薄膜。
[0014]1-5)在所述目標(biāo)襯底的背面沉積金屬層形成背柵。
[0015]作為本發(fā)明基于石墨烯場(chǎng)效應(yīng)管的微區(qū)加方法的一種優(yōu)化的方案，所述步驟1-2)中制備石墨稀的步驟為:
[0016]1-2-1)提供一生長(zhǎng)襯底，對(duì)所述生長(zhǎng)襯底進(jìn)行拋光處理，并對(duì)所述生長(zhǎng)襯底進(jìn)行
清洗；[0017]1-2-2)將所述生長(zhǎng)襯底置于反應(yīng)腔中，對(duì)所述反應(yīng)腔進(jìn)行抽真空后通入H2氣并升溫至一定溫度，然后對(duì)所述生長(zhǎng)襯底進(jìn)行等離子體預(yù)處理；
[0018]1-2-3)保持通入H2氣并通入CH4，采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法于所述生長(zhǎng)襯底表面生長(zhǎng)石墨烯薄膜。
[0019]作為本發(fā)明基于石墨烯場(chǎng)效應(yīng)管的微區(qū)加方法的一種優(yōu)化的方案，所述窄邊微區(qū)結(jié)構(gòu)的尺寸設(shè)置為50~200nm。
[0020]作為本發(fā)明基于石墨烯場(chǎng)效應(yīng)管的微區(qū)加方法的一種優(yōu)化的方案，所述石墨烯為規(guī)則且對(duì)稱的圖形。
[0021]作為本發(fā)明基于石墨烯場(chǎng)效應(yīng)管的微區(qū)加方法的一種優(yōu)化的方案，所述石墨烯的圖形形狀為蛇型、啞鈴型或鏤空型。
[0022]作為本發(fā)明基于石墨烯場(chǎng)效應(yīng)管的微區(qū)加方法的一種優(yōu)化的方案，在所述石墨烯兩端施加的電流范圍為1，0 < I≤0.2mA。
[0023]本發(fā)明還提供一種基于石墨烯場(chǎng)效應(yīng)管的微區(qū)加熱結(jié)構(gòu)，所述基于石墨烯場(chǎng)效應(yīng)管的微區(qū)加熱結(jié)構(gòu)至少包括:基于石墨烯的場(chǎng)效應(yīng)管，所述石墨烯具有窄邊微區(qū)結(jié)構(gòu)。
[0024]作為本發(fā)明基于石墨烯場(chǎng)效應(yīng)管的微區(qū)加方法的一種優(yōu)化的方案，所述基于石墨烯的場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)包括:目標(biāo)襯底、制作于所述目標(biāo)襯底上且具有窄邊微區(qū)結(jié)構(gòu)的石墨烯、設(shè)置于所述石墨烯兩端表面上的電極、以及設(shè)置于所述目標(biāo)襯底背面的背柵。
[0025]作為本發(fā)明基于石墨烯場(chǎng)效應(yīng)管的微區(qū)加方法的一種優(yōu)化的方案，所述窄邊微區(qū)結(jié)構(gòu)的尺寸設(shè)置為50~200nm。
[0026]作為本發(fā)明基于石墨烯場(chǎng)效應(yīng)管的微區(qū)加方法的一種優(yōu)化的方案，所述石墨烯為規(guī)則且對(duì)稱的圖形。
[0027]作為本發(fā)明基于石墨烯場(chǎng)效應(yīng)管的微區(qū)加方法的一種優(yōu)化的方案，所述石墨烯的圖形形狀為蛇型、啞鈴型或鏤空型。
[0028]本發(fā)明還提供一種利用基于石墨烯場(chǎng)效應(yīng)管的微區(qū)加熱結(jié)構(gòu)進(jìn)行加熱的用途。
[0029]如上所述，本發(fā)明的基于石墨烯場(chǎng)效應(yīng)管的微區(qū)加方法及結(jié)構(gòu)，包括以下步驟:首先，制備基于石墨烯的場(chǎng)效應(yīng)管，所述石墨烯具有窄邊微區(qū)結(jié)構(gòu)，所述場(chǎng)效應(yīng)管的背面設(shè)置有背柵；然后，在所述石墨烯兩端的電極之間加電壓源或電流源，通過調(diào)節(jié)背柵電壓來調(diào)制所述窄邊微區(qū)結(jié)構(gòu)的電阻，從而實(shí)現(xiàn)窄邊微區(qū)結(jié)構(gòu)的高溫加熱；所述加熱的溫度范圍為100~1200°C。本發(fā)明的基于石墨烯場(chǎng)效應(yīng)管的微區(qū)加熱方法，操作簡(jiǎn)單，可以實(shí)現(xiàn)不同尺寸的微區(qū)高溫加熱，并且加熱區(qū)域可控。另外，微區(qū)加熱結(jié)構(gòu)的制備方法簡(jiǎn)單，與現(xiàn)有的MOS工藝兼容，制備的微區(qū)加熱結(jié)構(gòu)產(chǎn)量高、均勻性好。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]圖1為本發(fā)明基于石墨烯場(chǎng)效應(yīng)管的微區(qū)加熱方法的流程示意圖。
[0031]圖2為本發(fā)明基于石墨烯場(chǎng)效應(yīng)管的微區(qū)加熱方法中刻蝕石墨烯前的結(jié)構(gòu)剖視圖。
[0032]圖3為本發(fā)明基于石墨烯場(chǎng)效應(yīng)管的微區(qū)加熱方法中刻蝕石墨烯前的結(jié)構(gòu)俯視圖。
[0033]圖4a為本發(fā)明基于石墨烯場(chǎng)效應(yīng)管的微區(qū)加熱結(jié)構(gòu)中石墨烯為啞鈴狀結(jié)構(gòu)的俯視圖。
[0034]圖4b為圖4的結(jié)構(gòu)進(jìn)行通電加熱后的結(jié)構(gòu)俯視圖。
[0035]圖5a為本發(fā)明基于石墨烯場(chǎng)效應(yīng)管的微區(qū)加熱結(jié)構(gòu)中石墨烯為圓環(huán)形結(jié)構(gòu)的俯視圖。
[0036]圖5b為本發(fā)明基于石墨烯場(chǎng)效應(yīng)管的微區(qū)加熱結(jié)構(gòu)中石墨烯為方環(huán)形結(jié)構(gòu)的俯視圖。
[0037]圖6為本發(fā)明基于石墨烯場(chǎng)效應(yīng)管的微區(qū)加熱結(jié)構(gòu)中石墨烯為蛇形結(jié)構(gòu)的俯視圖。
[0038]圖7a為本發(fā)明基于石墨烯場(chǎng)效應(yīng)管的微區(qū)加熱結(jié)構(gòu)中石墨烯為一種類“目”字型結(jié)構(gòu)的俯視圖。
[0039]圖7b為本發(fā)明基于石墨烯場(chǎng)效應(yīng)管的微區(qū)加熱結(jié)構(gòu)中石墨烯為另一種類“目”字型結(jié)構(gòu)的俯視圖。
[0040]圖8為本發(fā)明基于石墨烯場(chǎng)效應(yīng)管的微區(qū)加熱結(jié)構(gòu)的背柵電壓與窄邊微區(qū)結(jié)構(gòu)的電阻變化曲線圖。
[0041]元件標(biāo)號(hào)說明
[0042]SI ~S2步驟
[0043]I襯底
[0044]2石墨烯
[0045]21窄邊微區(qū)結(jié)構(gòu)
[0046]3電極
[0047]4背柵
【具體實(shí)施方式】
[0048]以下通過特定的具體實(shí)例說明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕 易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的【具體實(shí)施方式】加以實(shí)施或應(yīng)用，本說明書中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。
[0049]請(qǐng)參閱附圖。需要說明的是，本實(shí)施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發(fā)明的基本構(gòu)想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實(shí)際實(shí)施時(shí)的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實(shí)際實(shí)施時(shí)各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。
[0050]實(shí)施例一
[0051]本發(fā)明提供一種基于石墨烯場(chǎng)效應(yīng)管的微區(qū)加熱方法，如圖1所示，所述基于石墨烯場(chǎng)效應(yīng)管的微區(qū)加熱方法至少包括步驟:
[0052]SI，制備基于石墨烯的場(chǎng)效應(yīng)管，所述石墨烯具有窄邊微區(qū)結(jié)構(gòu)，所述場(chǎng)效應(yīng)管的背面設(shè)置有背柵；
[0053]S2，在所述石墨烯兩端的電極之間加電壓源或電流源，通過調(diào)節(jié)背柵電壓來調(diào)制所述窄邊微區(qū)結(jié)構(gòu)的電阻，從而實(shí)現(xiàn)窄邊微區(qū)結(jié)構(gòu)的高溫加熱，所述加熱的溫度范圍為100 ?1200。。。
[0054]下面結(jié)合附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的基于石墨烯場(chǎng)效應(yīng)管的微區(qū)加熱方法。
[0055]首先執(zhí)行步驟SI，制備基于石墨烯的場(chǎng)效應(yīng)管，所述石墨烯具有窄邊微區(qū)結(jié)構(gòu)，所述場(chǎng)效應(yīng)管的背面設(shè)置有背柵。
[0056]具體地，制備基于石墨烯的場(chǎng)效應(yīng)管的過程為:
[0057]先制備石墨烯:第一步，提供生長(zhǎng)石墨烯的生長(zhǎng)襯底，對(duì)所述生長(zhǎng)襯底進(jìn)行拋光處理，并對(duì)生長(zhǎng)襯底分別采用清洗溶液稀鹽酸、異丙醇、去離子水依次對(duì)所述生長(zhǎng)襯底進(jìn)行沖洗，再吹干。所述生長(zhǎng)襯底可以為Cu、N1、Pt、Si02其中的一種，在本實(shí)施例中，以Cu襯底為例。第二步，將所述生長(zhǎng)襯底置于化學(xué)氣相沉積反應(yīng)腔中，對(duì)所述反應(yīng)腔進(jìn)行抽真空后通入H2氣并升溫至一定溫度，然后對(duì)所述生長(zhǎng)襯底進(jìn)行H等離子體預(yù)處理。第三步，保持通入H2氣并通入生長(zhǎng)氣體CH4，采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法于所述生長(zhǎng)襯底表面生長(zhǎng)石墨烯薄膜。
[0058]制備石墨烯之后，請(qǐng)參閱附圖2和圖3，將石墨烯2轉(zhuǎn)移到目標(biāo)襯底I上，所述目標(biāo)襯底I可以是絕緣基片，也可以是柔性襯底。本實(shí)施例中，所述目標(biāo)襯底I為絕緣基片，例如，硅襯底上二氧化硅，所述石墨烯2則被轉(zhuǎn)移到硅襯底上的二氧化硅上。
[0059]轉(zhuǎn)移制備的石墨烯2至目標(biāo)襯底I上之后，在所述石墨烯2兩端形成電極，具體過程包括:在所述金屬層上形成第一光刻膠PMGI,再在光刻膠上形成第二光刻膠PMMA495,然后對(duì)所述第二光刻膠PMMA進(jìn)行電子束曝光并對(duì)其顯影，再對(duì)PMGI顯影形成T型(under-cut)結(jié)構(gòu),再以該結(jié)構(gòu)為掩膜,采用電子束蒸發(fā)工藝在光刻膠之間的石墨烯2表面沉積金屬層，從而在所述石墨烯兩側(cè)形成電極3，分別為源極和漏極，所述電極可以是Ti或Au。至此，場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)如圖2和圖3所示。
[0060]形成電極3之后，采用電子束曝光技術(shù)對(duì)所述石墨烯2進(jìn)行圖形化，并通過氧化刻蝕工藝所述石墨烯2，使在電極3之間形成具有窄邊微區(qū)結(jié)構(gòu)的石墨烯2。
[0061 ] 在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述氧化刻蝕工藝采用的氣體為Ar和02的混合物。所述氧化刻蝕工藝的參數(shù)范圍為02的氣體流量比例在1:5?1:9范圍內(nèi)，刻蝕腔室的壓力為4?7Pa刻蝕腔室的功率為50?100W，處理時(shí)間為I?3min。氧化刻蝕工藝完成后，獲得具有特定形狀的石墨稀。
[0062]所述石墨烯2的形狀優(yōu)先選擇為規(guī)則且對(duì)稱的圖形，例如，可以是啞鈴型、蛇型或鏤空型等，在此不限。其中，啞鈴型石墨烯2的圖案如圖4a所示，該形狀的石墨烯2靠近兩端電極3的尺寸較大，中心尺寸較小，因此該圖中中心區(qū)域即為窄邊微區(qū)結(jié)構(gòu)21。蛇型石墨烯的圖案如圖6所示，電極之間蛇型石墨烯2的整個(gè)圖案為窄邊微區(qū)結(jié)構(gòu)21。鏤空型石墨烯指的是石墨烯中間具有鏤空形狀，比如，圖5a所示形狀的石墨烯，圖中的黑色部分為窄邊微區(qū)結(jié)構(gòu)21 ;又如圖5b所示的石墨烯形狀，圖中的黑色部分為窄邊微區(qū)結(jié)構(gòu)21 ;再如圖7a和7b，其中，圖7b中的石墨烯圖案是圖7a中石墨烯圖案的變形，兩圖中窄邊微區(qū)結(jié)構(gòu)21均為中心橫向設(shè)置的石墨烯條紋。
[0063]當(dāng)然，上述只是例舉石墨烯2結(jié)構(gòu)、以及石墨烯2結(jié)構(gòu)中窄邊微區(qū)結(jié)構(gòu)21的形狀，但并不限于此。
[0064]需要說明的是，所述基于石墨烯的場(chǎng)效應(yīng)管的制備還包括在所述目標(biāo)襯底I的背面制造背柵4電極以及在場(chǎng)效應(yīng)管表面沉積絕緣介質(zhì)的步驟。
[0065]然后執(zhí)行步驟S2，在所述石墨烯2兩端的電極之間加電壓源或電流源，通過調(diào)節(jié)背柵4電壓來調(diào)制所述窄邊微區(qū)結(jié)構(gòu)21的電阻，從而實(shí)現(xiàn)窄邊微區(qū)結(jié)構(gòu)21的加熱。
[0066]本實(shí)施例中，考慮到石墨烯的電流密度，優(yōu)選地，在所述石墨烯2兩端的電極3之間加電流源。在背柵4和石墨烯2其中一端的電極(接地)之間施加背柵電壓。由于窄邊微區(qū)結(jié)構(gòu)21較石墨烯2其他區(qū)域的結(jié)構(gòu)尺寸小，背柵調(diào)制后，窄邊微區(qū)結(jié)構(gòu)的電阻變化大，加電壓后電流通過所述窄邊微區(qū)結(jié)構(gòu)21產(chǎn)生的熱量與周圍差異很大，即加熱溫度很高，提高可調(diào)節(jié)性。以圖4b中啞鈴形狀的石墨烯2為例，石墨烯中中心區(qū)域?yàn)檎呂^(qū)結(jié)構(gòu)21，在施加電壓后，該窄邊微區(qū)結(jié)構(gòu)21發(fā)熱。
[0067]為了防止所述窄邊微區(qū)結(jié)構(gòu)21產(chǎn)生的電阻變化太大，一般，設(shè)置的窄邊微區(qū)結(jié)構(gòu)21的尺寸不宜太大；另一方面，為防止所述窄邊微區(qū)結(jié)構(gòu)21因熱量高引起斷裂，其尺寸也不應(yīng)過小。優(yōu)選地，所述窄邊微區(qū)結(jié)構(gòu)21的尺寸設(shè)置在50~200nm范 圍內(nèi)。本實(shí)施例中，所述窄邊微區(qū)結(jié)構(gòu)21的尺寸設(shè)置為lOOnm。當(dāng)然，在其他實(shí)施例中，所述窄邊微區(qū)結(jié)構(gòu)21的尺寸可以設(shè)置為50nm、80nm、150或者180nm。請(qǐng)參閱圖4b,在啞鈴型石墨烯兩端的電極上施加電壓后，石墨烯2中心區(qū)域的窄邊微區(qū)結(jié)構(gòu)21 (圖中黑色填充區(qū)域)發(fā)熱。
[0068]窄邊微區(qū)結(jié)構(gòu)21加熱溫度的高低與背柵電壓大小有關(guān)，通過調(diào)節(jié)背柵電壓，可以實(shí)現(xiàn)窄邊微區(qū)結(jié)構(gòu)21不同溫度的加熱。優(yōu)選地，所述石墨烯2兩端施加的電流范圍為I，O< I≤0.2mA，所述窄邊微區(qū)結(jié)構(gòu)21加熱的溫度范圍在100~1200°C范圍內(nèi)。需要說明的是，不同的石墨烯2結(jié)構(gòu)，施加同等大小的電壓，其窄邊微區(qū)結(jié)構(gòu)21加熱的溫度會(huì)有所不同。
[0069]另外，在不同環(huán)境下，窄邊微區(qū)結(jié)構(gòu)21加熱的溫度也會(huì)有所不同，當(dāng)測(cè)試環(huán)境為真空時(shí)，通過熔化石墨烯表面的不同金屬，可以測(cè)得真空中石墨烯的窄邊微區(qū)結(jié)構(gòu)可加熱溫度范圍為100~1200°C。當(dāng)測(cè)試環(huán)境為大氣時(shí)，通過石墨烯和氧氣反應(yīng)生成二氧化碳的溫度，獲得大氣中窄邊微區(qū)結(jié)構(gòu)可加熱的溫度為100~500°C。
[0070]如圖8所示為不同的背柵電壓下，所述窄邊微區(qū)結(jié)構(gòu)的電阻變化曲線。由圖可看出，對(duì)于IOOnm的窄邊微區(qū)結(jié)構(gòu)，在約為IV的背柵電壓下，電阻出現(xiàn)峰值，約為24ΚΩ，該處也是加熱溫度最大處。通過基于石墨烯的場(chǎng)效應(yīng)管來進(jìn)行微區(qū)加熱的原理為:通過調(diào)節(jié)背柵電壓，可以調(diào)節(jié)石墨烯的費(fèi)米面，改變石墨烯電阻，由于電子在窄邊微區(qū)結(jié)構(gòu)的邊緣容易發(fā)生散射效應(yīng)，電壓對(duì)石墨烯窄邊電阻調(diào)制明顯，從而實(shí)現(xiàn)石墨烯窄邊微區(qū)結(jié)構(gòu)的高溫加熱。
[0071]實(shí)施例二[0072]本發(fā)明還提供一種基于石墨烯場(chǎng)效應(yīng)管的微區(qū)加熱結(jié)構(gòu)，用于實(shí)現(xiàn)實(shí)施例一中的微區(qū)加熱，所述基于石墨烯場(chǎng)效應(yīng)管的微區(qū)加熱結(jié)構(gòu)至少包括:基于石墨烯的場(chǎng)效應(yīng)管，所述石墨烯具有窄邊微區(qū)結(jié)構(gòu)。
[0073]具體地,如圖4a?7b所示,所述基于石墨烯的場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)包括:目標(biāo)襯底1、制作于所述目標(biāo)襯底I上且具有窄邊微區(qū)結(jié)構(gòu)21的石墨烯2、設(shè)置于所述石墨烯2兩端表面上的電極3、以及設(shè)置于所述場(chǎng)效應(yīng)管背面的背柵4電極。
[0074]進(jìn)一步地，所述基于石墨烯的場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)還包括位于場(chǎng)效應(yīng)管表面起隔絕作用的絕緣介質(zhì)(未予以圖示)。
[0075]所述窄邊微區(qū)結(jié)構(gòu)21是指石墨烯中尺寸較小的結(jié)構(gòu)，其尺寸設(shè)置在50?200nm范圍內(nèi)。本實(shí)施例中，所述窄邊微區(qū)結(jié)構(gòu)21的尺寸可以暫選為lOOnm。當(dāng)然，在其他實(shí)施例中，窄邊微區(qū)結(jié)構(gòu)21的尺寸還可以為50nm、80nm、150nm或180nm。
[0076]所述石墨烯2的形狀優(yōu)先選擇為規(guī)則且對(duì)稱的圖形，例如，可以是啞鈴型、環(huán)型、蛇型或類“目”字型等，在此不限。其中，啞鈴型石墨烯2的圖案如圖4a所示，該形狀的石墨烯2靠近兩端電極3的尺寸較大，中心尺寸較小，因此該圖中中心區(qū)域即為窄邊微區(qū)結(jié)構(gòu)21。蛇型石墨烯的圖案如圖6所示，電極之間蛇型石墨烯2的整個(gè)圖案為窄邊微區(qū)結(jié)構(gòu)21。鏤空型石墨烯指的是石墨烯中間具有鏤空形狀，比如，圖5a所示形狀的石墨烯，圖中的黑色部分為窄邊微區(qū)結(jié)構(gòu)21 ;又如圖5b所示的石墨烯形狀，圖中的黑色部分為窄邊微區(qū)結(jié)構(gòu)21 ;再如圖7a和7b，其中，圖7b中的石墨烯圖案是圖7a中石墨烯圖案的變形，兩圖中窄邊微區(qū)結(jié)構(gòu)21均為中心橫向設(shè)置的石墨烯條紋。
[0077]當(dāng)然，上述只是例舉石墨烯結(jié)構(gòu)、以及石墨烯結(jié)構(gòu)中窄邊微區(qū)結(jié)構(gòu)的形狀，但并不限于此。
[0078]本發(fā)明還提供一種利用基于石墨烯場(chǎng)效應(yīng)管的微區(qū)加熱結(jié)構(gòu)進(jìn)行加熱的用途，將目標(biāo)加熱物放置在石墨烯的窄邊微區(qū)結(jié)構(gòu)上即可進(jìn)行加熱。
[0079]綜上所述，本發(fā)明提供一種基于石墨烯場(chǎng)效應(yīng)管的微區(qū)加方法及結(jié)構(gòu)，所述微區(qū)加熱結(jié)構(gòu)包括以下步驟:首先，制備基于石墨烯的場(chǎng)效應(yīng)管，所述石墨烯具有窄邊微區(qū)結(jié)構(gòu)，所述場(chǎng)效應(yīng)管的背面設(shè)置有背柵結(jié)構(gòu)；然后，在所述石墨烯兩端的電極之間加電流源或電壓源，通過調(diào)節(jié)背柵電壓來調(diào)制所述窄邊微區(qū)結(jié)構(gòu)的電阻，從而實(shí)現(xiàn)窄邊微區(qū)結(jié)構(gòu)的高溫加熱。本發(fā)明的基于石墨烯場(chǎng)效應(yīng)管的微區(qū)加熱方法，操作簡(jiǎn)單，可以實(shí)現(xiàn)不同尺寸的微區(qū)加熱，并且加熱區(qū)域可控。另外，微區(qū)加熱結(jié)構(gòu)的制備方法簡(jiǎn)單，與現(xiàn)有的MOS工藝兼容，制備的微區(qū)加熱結(jié)構(gòu)產(chǎn)量高、均勻性好。
[0080]所以，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點(diǎn)而具高度產(chǎn)業(yè)利用價(jià)值。
[0081]上述實(shí)施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬【技術(shù)領(lǐng)域】中具有通常知識(shí)者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。
【權(quán)利要求】
1.一種基于石墨烯場(chǎng)效應(yīng)管的微區(qū)加熱方法，其特征在于，所述基于石墨烯場(chǎng)效應(yīng)管的微區(qū)加熱方法至少包括步驟: 1)制備基于石墨烯的場(chǎng)效應(yīng)管，所述石墨烯具有窄邊微區(qū)結(jié)構(gòu)，所述場(chǎng)效應(yīng)管的背面設(shè)置有背柵； 2)在所述石墨烯兩端的電極之間加電壓源或電流源，通過調(diào)節(jié)背柵電壓來調(diào)制所述窄邊微區(qū)結(jié)構(gòu)的電阻，從而實(shí)現(xiàn)窄邊微區(qū)結(jié)構(gòu)的高溫加熱；所述加熱的溫度范圍為100~1200。。。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于石墨烯場(chǎng)效應(yīng)管的微區(qū)加熱方法，其特征在于:制備基于石墨烯的場(chǎng)效應(yīng)管的步驟至少包括: 1-1)提供一目標(biāo)襯底； 1-2)將制備的石墨烯轉(zhuǎn)移到所述目標(biāo)襯底的表面； 1-3)在所述石墨烯上依次旋涂第一光刻膠和第二光刻膠，對(duì)所述第一光刻膠進(jìn)行曝光顯影之后，對(duì)所述第二光刻膠進(jìn)行顯影以暴露石墨烯表面，所述第一光刻膠和第二光刻膠形成T型結(jié)構(gòu),在暴露的石墨烯表面沉積金屬層,形成電極； 1-4)采用電子束曝光工藝圖形化所述石墨烯，并通過氧化刻蝕工藝刻蝕所述石墨烯，從而形成具有窄邊微區(qū)結(jié)構(gòu)的石墨烯薄膜。 1-5)在所述目標(biāo)襯底的背面沉積金屬層形成背柵。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于石墨烯場(chǎng)效應(yīng)管的微區(qū)加熱方法，其特征在于:所述步驟1-2)中制備石墨烯的步驟為: 1-2-1)提供一生長(zhǎng)襯底，對(duì)所述生長(zhǎng)襯底進(jìn)行拋光處理，并對(duì)所述生長(zhǎng)襯底進(jìn)行清洗； 1-2-2)將所述生長(zhǎng)襯底置于反應(yīng)腔中，對(duì)所述反應(yīng)腔進(jìn)行抽真空后通入H2氣并升溫至一定溫度，然后對(duì)所述生長(zhǎng)襯底進(jìn)行等離子體預(yù)處理； 1-2-3)保持通入H2氣并通入CH4，采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法于所述生長(zhǎng)襯底表面生長(zhǎng)石墨烯薄膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于石墨烯場(chǎng)效應(yīng)管的微區(qū)加熱方法，其特征在于:所述窄邊微區(qū)結(jié)構(gòu)的尺寸設(shè)置為50~200nm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于石墨烯場(chǎng)效應(yīng)管的微區(qū)加熱方法，其特征在于:所述石墨烯為規(guī)則且對(duì)稱的圖形。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于石墨烯場(chǎng)效應(yīng)管的微區(qū)加熱方法，其特征在于:所述石墨烯的圖形形狀為蛇型、啞鈴型或鏤空型。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于石墨烯場(chǎng)效應(yīng)管的微區(qū)加熱方法，其特征在于:在所述石墨烯兩端施加的電流范圍為1，0 < I≤0.2mA。
8.一種基于石墨烯場(chǎng)效應(yīng)管的微區(qū)加熱結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述基于石墨烯場(chǎng)效應(yīng)管的微區(qū)加熱結(jié)構(gòu)至少包括:基于石墨烯的場(chǎng)效應(yīng)管，所述石墨烯具有窄邊微區(qū)結(jié)構(gòu)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于石墨烯場(chǎng)效應(yīng)管的微區(qū)加熱結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述基于石墨烯的場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)包括:目標(biāo)襯底、制作于所述目標(biāo)襯底上且具有窄邊微區(qū)結(jié)構(gòu)的石墨烯、設(shè)置于所述石墨烯兩端表面上的電極、以及設(shè)置于所述目標(biāo)襯底背面的背柵。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的基于石墨烯場(chǎng)效應(yīng)管的微區(qū)加熱結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述窄邊微區(qū)結(jié)構(gòu)的尺寸設(shè)置為50~200nm。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于石墨烯場(chǎng)效應(yīng)管的微區(qū)加熱結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述石墨烯為規(guī)則且對(duì)稱的圖形。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的基于石墨烯場(chǎng)效應(yīng)管的微區(qū)加熱結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述石墨烯的圖形形狀為蛇型、啞鈴型或鏤空型。
13.一種 利用權(quán)利要求8~12任一項(xiàng)所述的基于石墨烯場(chǎng)效應(yīng)管的微區(qū)加熱結(jié)構(gòu)進(jìn)行加熱的用途。
【文檔編號(hào)】B82Y40/00GK103839835SQ201410114348
【公開日】2014年6月4日 申請(qǐng)日期:2014年3月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月25日
【發(fā)明者】王慧山, 王浩敏, 孫秋娟, 劉曉宇, 謝紅, 陳吉, 吳天如, 張學(xué)富, 鄧聯(lián)文, 謝曉明 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所