石墨烯场效应晶体管的输运特性-生物通.PDF

2017 年 第 62 卷 第 14 期： 1520 ~ 1526 《中国科学》杂志社 论 文 SCIENCE CHINA PRESS 石墨烯场效应晶体管的输运特性 * 石晓东, 王伟, 金慧娇, 尹强, 任利鹏 河北工业大学电子信息工程学院, 天津市电子材料与器件重点实验室, 天津 300401 * 联系人, E-mail: wangwei@ 2016-06-26 收稿, 2016-09-07 修回, 2016-09-08 接受, 2017-01-17 网络版发表 河北省在读研究生创新资助项目(220056)和河北省自然科学基金(F2012202075)资助 摘要 石墨烯场效应晶体管的研究对于摩尔定律的延续具有非常重要的意义. 近年来, 大面积、高质量石墨烯 薄膜制备技术的快速发展, 进一步推动了基于石墨烯材料的新型电子器件的研究, 引起了集成电路领域研究人员 的广泛关注. 本文所制备的石墨烯场效应晶体管以ITO为栅电极, Ta O 为栅绝缘层, 石墨烯为有源层, Ti/Au双层 2 5 金属为源漏电极. 电学特性测试与分析结果表明, 石墨烯与源漏电极形成了良好的欧姆接触. 室温下, 石墨烯场 效应晶体管展示了其特有的双极性特征, 空穴迁移率约为2272 cm2/(V s), 电流开关比约为6.2. 转移特性曲线中出 现了明显的滞回现象, 且随着栅压扫描范围的增大而越发显著. 同时研究了温度对石墨烯场效应晶体管性能的影 响, 随着温度的升高, 狄拉克点电压逐渐向零点方向偏移, 滞回现象愈加明显. 当温度为75 ℃时, 空穴迁移率与电 流开关达到最佳. 关键词 石墨烯场效应晶体管, 迁移率, 电流开关比, 滞回现象, 温度 石墨烯是一种具有二维蜂窝状晶格结构的新型 CVD法具有工艺简单、可控性高、成本低等优点, 是 [6,10] 碳材料, 它能够翘曲成富勒烯, 卷曲成碳纳米管或堆 目前制备大面积、高质量石墨烯最适宜的方法 . [1] [1~5] 垛成石墨 , 其优异性能可概括为以下3点 : (1) 目前, 集成电路的发展水平已成为一个国家工 目前, 石墨烯是世界上最薄、最轻、最坚硬、热导率 业发展水平的标志. 在大规模集成电路中90%使用 与杨氏模量最高的材料; (2) 常温下, 石墨烯中电子 的是硅基金属-氧化物-半导体场效应晶体管, 其特征 4 2 迁移率约为1.5×10 cm /(V s), 高于任何一种半导体 尺寸已达14