根据摩尔定律， 芯片的集成度每 18个月至 2年提高一倍， 即加工线宽缩小一半。 利 用尺寸不断减小的硅基半导体材料 （硅材料的加工极限一般认为是 10 纳米线宽） 来延长 摩尔定律的发展道路已逐渐接近终点。 随着微电子领域器件尺寸的不断减小， 硅材料逐渐 接近其加工的极限。

为延长摩尔定律的寿命， 国际半导体工业界纷纷提出超越硅技术 （Beyond Silicon), 其中最有希望的石墨烯应运而生。 石墨烯 （Gmphene) 作为一种新型的二维六方蜂巢结构 碳原子晶体， 自从 2004年被发现以来， 在全世界引起了广泛的关注。

石墨烯 （Graphene) 是一种从石墨材料中剥离出的单层碳原子薄膜 ， 在二维平面上每 个碳原子以 sp2杂化轨道相衔接， 也就是每个碳原子与最近邻的三个碳原子间形 成三个 σ 键， 剩余的一个 ρ电子轨邀垂直于石墨烯平面， 与周围原子形成 键， 碳原子问相互围成 正六边形的平面蜂窝形结构， 这样在同一原子面上只有两种空间位置相异的 原子。 实验证 明石墨烯不仅具有非常出色的力学性能和热稳 定性， 还具有独特的电学性质。 石墨烯是 零带隙材料， 其电子的有效质量为零， 并以 10 ⁶ m/s的恒定速率运动， 行为与光子相似， 由 此， 石墨的理论电子迁移率高达 200 000 cm ² /V-s, 实验测得迁移率也超过 15 000 cm ² /V-s, 是商业硅片中电子迁移率的 10倍， 并具有常温整数量子霍尔效应等新奇的物理性 质。 正 是其优异的电学性能使发展石墨烯基的晶体管 和集成电路成为可能， 并有可能完全取代硅 成为新一代的主流半导体材料。

作为新型的半导体材料， 石墨烯已经被应用于 MOS (Metal-Oxide-Semiconductor, 金 属 -氧化物-半导体） 场效应晶体管中。 为制造高性能的石墨烯基场效应晶体管 （G-FET), 必须要在石墨烯表面制备高质量的高 k 栅介质。 采用物理气相沉积 （Physical Vapor

Deposition, PVD)工艺可以直接在石墨烯表面沉积栅介质层� � 但制得栅介质膜的均匀性和 覆盖率较差， 并且沉积过程中的动能离子不可避免地会破坏 石墨烯的结构， 产生大量缺陷 使石墨烯的电学性能大幅衰退。 而采用化学气相沉积 （Chemical Vapor Deposition, CVD) 工艺不存在动能离子损伤的问题， 并且所得薄膜的均匀性和覆盖率良好， 但是， 用 CVD 工艺制备的薄膜杂质含量较高。 对高 k栅介质膜， 杂质会极大降低其介电常数并对器件性 能产生很大影响， 这就限制了 CVD工艺在制备高 k栅介质方面的应用。 再有， 采用原子 层淀积（Atomic Layer Deposition, ALD)工艺依靠交替重复的自限制反应生长薄膜� � 能精 确地控制薄膜的厚度和化学组分， 因而淀积的薄膜杂质少、 质量高并且具有很好的均匀性 和保形性， 被认为是最有可能制备高质量高 k介质层的方法。 但由于石墨烯表面呈疏水性 并且缺乏薄膜生长所需的悬挂键， 因而采用常规水基 （H ₂ 0-ba _S ed) ALD 生长工艺很难在 未经功能化处理的石墨烯表面成核生长均匀的 超薄高 k 介质层。 而如果采用臭氧基 (0 ₃ -based) ALD工艺虽然可以在石墨烯上制备出高 k介质层，但实验证明 0 ₃ 会破坏石墨 烯的 C-C键， 引入大量 C-0键， 从而破坏石墨烯晶体结构， 会降低石墨烯基场效应晶体管 的性能。 这样， 如何在不破坏石墨烯结构， 不影响其电学性能的前提下， 在石墨烯表面制 备高质量的氧化物栅介质是一个巨大的挑战。 发明内容 本发明的目的在于提供一种石墨烯基场效应晶 体管的制备方法， 用于解决现有技术中 在石墨烯表面制备的氧化物栅介质层的均匀性 和覆盖率较差或者破坏石墨烯晶体结构以 及含有较多杂质等问题。 本发明提供一种石墨烯基场效应晶体管的制备 方法， 包括： 提供半导体衬底， 所述半 导体衬底上具有石墨烯层， 所述石墨烯层未经功能化处理； 利用在所述石墨烯层表面物理 吸附的水作为氧化剂与金属源反应生成金属氧 化物薄膜， 作为成核层； 利用所述成核层， 利用水作为氧化剂与铪源反应， 在所述石墨烯层上生成 Η1Ό ₂ 栅介质层。 可选地， 所述半导体衬底上具有石墨烯层包括： 将未经功能化处理的石墨烯样品转移 到所述半导体衬底上。 可选地， 金属氧化物薄膜为 Α1 ₂ 0 ₃ 薄膜； 生成 Α1 ₂ 0 ₃ 薄膜包括： 将具有石墨烯层的所 述半导体衬底转移到反应腔室中； 将所述反应腔室升温至第一反应温度， 采用原子层沉积 工艺， 利用在所述石墨烯表面物理吸附的水作为氧化 剂与铝源反应生成多循环的 Α1 ₂ 0 ₃ 薄 膜。 可选地， 所述第一反应温度为 100°C至 140°C。 可选地， 所述铝源为三甲基铝。 可选地， 所述 A1 ₂ 0 ₃ 薄膜为 10至 35循环。 可选地， 所述 A1 ₂ 0 ₃ 薄膜的厚度为 1.5 nm至 5 nm。 可选地， 在所述石墨烯层上生成 Η1Ό ₂ 栅介质层包括： 将所述反应腔室升温至第二反 应温度，采用原子层沉积工艺，利用水作为氧 化剂与铪源反应，在所述石墨烯层上生成 Η1Ό ₂ 栅介质层。 可选地， 所述第二反应温度为 200°C至 350°C。 可选地， 所述铪源为四 (乙基甲胺基)铪。 本发明技术方案主要是利用物理吸附在石墨烯 表面上的水作为氧化剂与金属源反应 生成作为成核层的金属氧化物层， 从而在后续采用原子层沉积工艺在石墨烯表面 制备出均 匀性和覆盖率较高的高质量 Η1Ό ₂ 栅介质薄膜， 也不会在石墨烯晶格中引入会降低石墨烯 基场效应晶体管性能的缺陷。 附图说明 图 1为本发明石墨烯基场效应晶体管的制备方法� �流程示意图； 图 2至图 4为按照图 1所示的流程形成石墨烯基场效应晶体管的示� �图。

具体实施方式 本发明的发明人发现： 现有技术中， 在石墨烯表面制备的氧化物栅介质层存在均匀 性 和覆盖率较差或者破坏石墨烯晶体结构以及含 有较多杂质等问题， 影响石墨烯基场效应晶 体管的性能。

因此， 在石墨烯基场效应晶体管时， 为防止上述缺陷的产生， 本发明的发明人对现有 技术进行了改进， 提出了一种新型的石墨烯基场效应晶体管制备 方法， 其主要是在石墨烯 表面生成 Η1Ό ₂ 栅介质层之前预先在石墨烯表面生成一作 为成核层的金属氧化物薄膜， 从 而提高 Hf0 ₂ 栅介质层的成型质量。 以下将通过具体实施例来对发明进行详细说明 。 下面结合图示更完整的描述本发明， 本发明提供的优选实施例， 但不应被认为仅限于 在此阐述的实施例中。 在图中， 为了更清楚的反应结构， 适当放大了层和区域的厚度， 但 作为示意图不应该被认为严格反映了几何尺寸 的比例关系。 参考图是本发明的示意图， 图 中的表示只是示意性质的， 不应该被认为限制本发明的范围。 图 1为本发明石墨烯基场效应晶体管的制备方法� �流程示意图。 如图 1所示， 所述制 备方法包括如下步骤：

S101 : 提供半导体衬底， 所述半导体衬底上具有石墨烯层， 所述石墨烯层未经功能化 处理；

S103 , 利用在所述石墨烯层表面物理吸附的水作为氧 化剂与金属源反应生成金属氧化 物薄膜， 作为成核层；

S105, 利用所述成核层， 利用水作为氧化剂与铪源反应， 在所述石墨烯层上生成 Η1Ό ₂ 栅介质层。 首先执行步骤 S100, 提供半导体衬底 200， 所述半导体衬底上具有石墨烯层 202， 形 成如图 2所示的结构。 其中， 半导体衬底 200 为形成有半导体器件的硅 （可以形成有部分的硅氧化物）、 形 成有半导体器件的绝缘体上硅（SOI)、或者为� �成有半导体器件的 II- VI或者 III V族化合 物半导体。 石墨烯层 202是未经功能化处理的。 在实际应用中， 是将新鲜的、 未经功能化处理的 石墨烯样品转移到半导体衬底 100上形成的。 但并不以此为限， 在其他实施例中， 石墨烯 层 202也可以通过其他工艺直接在半导体衬底 200生成， 在此不再赘述。 接着执行步骤 S103 ,利用在石墨烯层 202表面物理吸附的水作为氧化剂与金属源反应 生成金属氧化物薄膜， 作为成核层 204， 形成如图 3所示的结构。 由于未经功能化处理的石墨烯表面呈疏水性并 且缺乏薄膜生长所需的悬挂键， 若直接 在石墨烯层 202上通过水基 （H ₂ 0-ba _Se d) ALD薄膜生长工艺制备的高 k栅介质薄膜存在 有均匀性较差、 覆盖率较差等问题， 影响半导体器件的性能。 因此， 本发明人设想在生成 高 k栅介质薄膜之前先在石墨烯层 202生成一成核层 204。 本发明的发明人发现， 在低温条件下， 水分子可以物理吸附在石墨烯表面。 因此， 本 发明的发明人创造性地提出， 利用物理吸附在石墨烯层 202表面的水作为氧化剂与金属源 反应生成金属氧化物薄膜， 作为成核层 204。 在生成成核层 204的步骤 103中， 具体包括： 将步骤 101中具有石墨烯层 202的半导 体衬底 200转移到 ALD反映腔室中；将所述 ALD反应腔室升温至第一反应温度（例如 100 °。至 140°0， 采用水基 ALD工艺， 利用在石墨烯层 202表面物理吸附的水作为氧化剂与 铝源反应生成多循环的 A1 ₂ 0 ₃ 薄膜， 作为成核层 204。 特别地， 在本实施例中， 金属源采 用的是铝源， 较佳地， 所述铝源可以是三甲基铝 （Tri-Mellitic- Anhydride; TMA)。

ALD工艺是一种基于有序表面化学特性自限制 成长的工艺，通过清除步骤取出表面反 应物， 典型的生长工程由 ALD—个周期的多次重复组成： a) 第一次气态反应物通入反应 腔室； b) 生成物清除用中性气体去除没有被吸收的反应 物； c) 第二次气态反应物通入反 应腔室， 和第一次被吸收在生长薄膜表面的反应； d) 生成物清除用中性气体去除第二次 没有被吸收反应物和反应副产物。 在本实施例中， 采用的是水基（H ₂ 0-based) ALD, 通入 的反应物包括有水和铝源， 生成的所述 A1 ₂ 0 ₃ 薄膜为 10至 35循环 （cycles), 其厚度约为 1.5 nm至 5 nm。 实际上， 在其他实施例中， 也可以采用其他金属源来生成金属薄膜， 作为 成核层， 在此不再赘述。

S105, 利用成核层 204， 利用水作为氧化剂与铪源反应， 在石墨烯层 202上生成 Hf0 ₂ 栅介质层 206， 形成如图 4所示的结构。 步骤 105具体包括： 将所述 ALD反应腔室升温至第二反应温度 （例如为 200°C至 350 °C )， 采用水基 ALD工艺， 利用水作为氧化剂与铪源反应， 在成核层 204上生成 Hf0 ₂ 栅 介质层。 在本实施例中， 铪源采用的是四 (乙基甲胺基)铪 （TEMAH), 但并不以此为限， 例如， 也可以采用四 (二甲胺基)铪（TDEAH)、 或四 乙基甲基胺基酸) -給（Hf [N (CH) ₃ (C ₂ H ₅ ) ] ₄ )、 四氯化铪 （HfCl ₄ ) 等。 实验证明， 利用先在石墨烯层 202上生成的成核层 204， 再在成核层 204上生成高 k 的 Η1Ό ₂ 栅介质层 206， 可以使得生成的 Η1Ό ₂ 栅介质层 206具有均匀性好、 覆盖率高等优 点。 另外， 本发明采用是水基 ALD工艺， 相较于臭氧基 ALD工艺， 可以避免对石墨烯晶 体结构的破坏， 减少了缺陷的引入。 在后续， 即可按照现有技术生成例如栅极、 源 /漏区的等， 制备完成石墨烯基场效应晶 体管， 在此不再一一赘述。 综上所述， 本发明技术方案利用物理吸附在石墨烯表面上 的水作为氧化剂与金属源反 应生成作为成核层的金属氧化物层， 从而在后续采用原子层沉积工艺在石墨烯表面 制备出 均匀性和覆盖率较高、 以及杂质含量少的高质量 Η1Ό ₂ 栅介质薄膜； 同时， 利用水基原子 层沉积工艺， 在制作 Η1Ό ₂ 栅介质薄膜过程中， 也不会在石墨烯晶格中引入会降低石墨烯 基场效应晶体管性能的缺陷。

上述实施例仅列示性说明本发明的原理及功效 ， 而非用于限制本发明。 任何熟悉此项 技术的人员均可在不违背本发明的精神及范围 下， 对上述实施例进行修改。 因此， 本发明 的权利保护范围， 应如权利要求书所列。