石墨烯基本知识.ppt

谢谢！ 结束 * * * * * 石墨烯的研究进展 2010年 IBM 优化Al2O3工艺，双栅 载流子迁移率达到2700cm2V-1s-1 背栅电压-40V，顶栅电压1.6V，源漏电压0.8V是，350nm栅长器件截止频率50GHz 2010年 IBM 采用poly-hydroxystyrene界面层，10nmHfO2为栅介质 漏压1V时，栅长240nmFET跨导大于0.1mS/mm，截止频率100GHz 美国DARPA预计2-3年内，石墨烯射频器件的频率可达500GHz，应用于极低功耗、极低噪声的系统中 CMOS器件 石墨烯的研究进展 2008年 美国斯坦福大学 利用量子尺寸限制效应将石墨烯导带-价带拉开 宽度5nm时 实现带隙400meV的石墨烯纳米带 室温下电流开关比大于105 最近 佐治亚理工大学 采用SOG材料通过电子束辐照时间的改变形成n型和p型石墨烯 电子束能较高时形成p型 电子束能较低时 形成n型 目前器件迁移率仅1500cm2V-1s-1，一般认为是由于工艺过程中的表面效应导致的；此外大多为n-MOS器件，而p-MOS研究尚未开展。 如果用高迁移率石墨烯直接替代CMOS中的沟道，其工艺完全与现有工艺兼容，因此目前石墨烯器件都采用与CMOS兼容的工艺，转移到绝缘或半绝缘衬底上。实现CMOS电路的关键是提高石墨烯电流开关比。 石墨烯的研究进展 器件方面 新器件探索 2008年3月 英国曼彻斯特大学与德国Max Planck Institute 石墨烯单电子高速晶体管 在室温下非常稳定的工作 器件开启和关闭电压非常低 同年4月 同小组 10nm的石墨烯晶体管和长宽均为1个分子的单原子晶体管 2008年5月 美国佐治亚理工大学与麻省理工林肯实验室 在单一芯片上制备了数百个石墨烯晶体管阵列 晶圆级石墨烯 研究晶圆级石墨烯的意义 IC尺度进入纳米级，Si基COMS受到挑战 石墨烯具有极特殊的性质 石墨烯可与现有IC工艺兼容 有可能替代Si材料，延续摩尔定律 晶圆级层数可控的石墨烯材料及器件研究成为实现这一目标的关键 晶圆级石墨烯 From ISI 晶圆级石墨烯 晶圆级石墨烯研究受到各国重视 美国国防先进技术研究局（DARPA）于 2007年公布了预算为三千万美元的射频应用的碳电子学（Carbon Electronics for RF Applications (CERA)）计划（BAA 07-50）。该计划的目标是实现晶圆级的石墨烯材料和超低功耗和超高速度的石墨烯基电子器件。 2009年7月，德国研究基金会发布了名为“石墨烯”的优先研究计划，在石墨烯材料、机理和应用等方面开展广泛的研究。 我国最近发布的重大科学研究计划也把碳基电子器件列为研究重点 晶圆级石墨烯 晶圆级石墨烯的研究重点 超声辅助微机械剥离HOPG工艺 SiC衬底高温热解 层数的精确控制 不同原子终止面的均匀性问题 CVD外延 提高均匀性 缺陷控制 衬底转移技术 MOCVD法——过渡族金属淀积技术 晶圆级石墨烯 目前研究进展 超声辅助剥离工艺，未见相关文献报道 机械剥离工艺 Nanotechnology 19 (2008) 455601 采用此工艺可得到大面积、平整的石墨烯，注意图中无缺陷的石墨烯面积100μm2 晶圆级石墨烯 SiC衬底热分解 2009年，美国加州大学伯克利分校Konstantin等人报道晶圆级石墨烯 SiC(0001) Graphene LEEM Annealed in Ar LEEM Nature Materials, 2009, 8(3):203~207 晶圆级石墨烯 CVD外延 目前，采用Au、Ag、Pt、Cu、Fe、Co、Ni、Ir、Ru等过渡族金属催化CVD法制备石墨烯均有报道。但是，C与金属固溶量，制约着石墨烯的层数；而金属晶界缺陷则制约着石墨烯的面积。 对于Fe、Ni、Ir等C固溶量大的金属，如何精确控制层数成为关键；而对于Pt、Cu等C固溶量小的金属则要进一步减小晶界对石墨烯均匀性的不利影响。 晶圆级石墨烯 2009年美国Texas大学的Xuesong Li等人在25um厚的铜箔上，采用CVD的方法制备出直径300mm的石墨烯，其中单层石墨烯超过95%，并且克服了铜晶界影响实现大面积连续；双栅FET场致电子迁移率4050 cm2V-1s-1。 SEM图样 A 1min B 2.5min C 10min D 60min Science, 2009, 324(6): 1312-1314 晶圆级石墨烯 SAMSUNG 晶圆级石墨烯 2009年，美国Rutgers大学的Hisato Yamaguchi