石墨烯“打底” 我科學家製備出高速晶體管

石墨烯“打底” 我科學家製備出高速晶體(ti) 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製備出以肖特基結作為(wei) 發射結的垂直結構晶體(ti) 管“矽—石墨烯—鍺晶體(ti) 管”，成功將石墨烯基區晶體(ti) 管的延遲時間縮短了1000倍以上，並將其截止頻率由兆赫茲(zi) （MHz）提升至吉赫茲(zi) （GHz）領域，未來將有望在太赫茲(zi) （THz）領域的高速器件中應用。該研究成果近日在《自然·通訊》上在線發表。



　　1947年，第一個(ge) 雙極結型晶體(ti) 管（BJT）誕生於(yu) 貝爾實驗室，引領了人類社會(hui) 進入信息技術的新時代。過去的幾十年裏，提高BJT的工作頻率一直是人們(men) 不懈的追求，異質結雙極型晶體(ti) 管（HBT）和熱電子晶體(ti) 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渡越時間所限製，而HET則受限於(yu) 無孔、低阻的超薄金屬基區的製備難題。



　　近年來，石墨烯作為(wei) 性能優(you) 異的二維材料備受關(guan) 注，人們(men) 提出將石墨烯作為(wei) 基區材料製備晶體(ti) 管，其原子級厚度將消除基區渡越時間的限製，同時其超高的載流子遷移率也有助於(yu) 實現高質量的低阻基區。



　　“目前已報道的石墨烯基區晶體(ti) 管普遍采用隧穿發射結，然而隧穿發射結的勢壘高度嚴(yan) 重限製了該晶體(ti) 管作為(wei) 高速電子器件的發展前景。”該研究團隊負責人表示。他們(men) 通過半導體(ti) 薄膜和石墨烯轉移工藝，首次製備出以肖特基結作為(wei) 發射結的垂直結構的矽—石墨烯—鍺晶體(ti) 管。



　　該研究人員表示，與(yu) 已報道的隧穿發射結相比，矽—石墨烯肖特基結表現出目前最大的開態電流和最小的發射結電容，從(cong) 而得到最短的發射結充電時間，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。



　　據悉，我國科研人員同時對器件的各種物理現象進行了分析，並基於(yu) 實驗數據建模發現了該器件具有工作於(yu) 太赫茲(zi) 領域的潛力，這將極大提升石墨烯基區晶體(ti) 管的性能，為(wei) 未來最終實現超高速晶體(ti) 管奠定了基礎。