石墨烯“打底” 我科學家制備出高速晶體管

石墨烯“打底” 我科學家制備出高速晶體管

近日，中國科學院金屬研究所沈陽材料科學國家研究中心先進炭材料研究部科研人員首次制備出以肖特基結(jié)作為發(fā)射結(jié)的垂直結(jié)構(gòu)晶體管“硅—石墨烯—鍺晶體管”，成功將石墨烯基區(qū)晶體管的延遲時間縮短了1000倍以上，并將其截止頻率由兆赫茲（MHz）提升至吉赫茲（GHz）領(lǐng)域，未來將有望在太赫茲（THz）領(lǐng)域的高速器件中應用。該研究成果近日在《自然·通訊》上在線發(fā)表。



　　1947年，第一個雙極結(jié)型晶體管（BJT）誕生于貝爾實驗室，引領(lǐng)了人類社會進入信息技術(shù)的新時代。過去的幾十年里，提高BJT的工作頻率一直是人們不懈的追求，異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管（HBT）和熱電子晶體管（HET）等高速器件相繼被研究報道。然而，當需要進一步提高頻率時，這些器件便遭遇到瓶頸：HBT的截止頻率最終被基區(qū)渡越時間所限制，而HET則受限于無孔、低阻的超薄金屬基區(qū)的制備難題。



　　近年來，石墨烯作為性能優(yōu)異的二維材料備受關(guān)注，人們提出將石墨烯作為基區(qū)材料制備晶體管，其原子級厚度將消除基區(qū)渡越時間的限制，同時其超高的載流子遷移率也有助于實現(xiàn)高質(zhì)量的低阻基區(qū)。



　　“目前已報道的石墨烯基區(qū)晶體管普遍采用隧穿發(fā)射結(jié)，然而隧穿發(fā)射結(jié)的勢壘高度嚴重限制了該晶體管作為高速電子器件的發(fā)展前景?！痹撗芯繄F隊負責人表示。他們通過半導體薄膜和石墨烯轉(zhuǎn)移工藝，首次制備出以肖特基結(jié)作為發(fā)射結(jié)的垂直結(jié)構(gòu)的硅—石墨烯—鍺晶體管。



　　該研究人員表示，與已報道的隧穿發(fā)射結(jié)相比，硅—石墨烯肖特基結(jié)表現(xiàn)出目前最大的開態(tài)電流和最小的發(fā)射結(jié)電容，從而得到最短的發(fā)射結(jié)充電時間，使器件總延遲時間縮短了1000倍以上，器件的截止頻率由約1.0MHz提升至1.2GHz。



　　據(jù)悉，我國科研人員同時對器件的各種物理現(xiàn)象進行了分析，并基于實驗數(shù)據(jù)建模發(fā)現(xiàn)了該器件具有工作于太赫茲領(lǐng)域的潛力，這將極大提升石墨烯基區(qū)晶體管的性能，為未來最終實現(xiàn)超高速晶體管奠定了基礎(chǔ)。