找回密码
 立即注册

QQ登录

只需一步,快速开始

查看: 1057|回复: 0

[材料资讯] 孙东明课题组:制备出硅-石墨烯-锗高速晶体管

[复制链接]

30

主题

80

帖子

94

积分

注册会员

Rank: 2

积分
94
发表于 2019-10-28 17:19:45 | 显示全部楼层 |阅读模式
 10月25日,金属所沈阳材料科学国家研究中心先进炭材料研究部孙东明课题组在《自然·通讯》(Nature Communications)上在线发表了题为“垂直结构的硅-石墨烯-锗晶体管”(A vertical silicon-graphene-germanium transistor)的研究论文。科研人员首次制备出以肖特基结作为发射结的垂直结构的硅-石墨烯-锗晶体管,成功将石墨烯基区晶体管的延迟时间缩短了1000倍以上,可将其截止频率由兆赫兹(MHz)提升至吉赫兹(GHz)领域,并在未来有望实现工作于太赫兹(THz)领域的高速器件。

晶体管

晶体管
  1947年,第一个双极结型晶体管(BJT)诞生于贝尔实验室,标志着人类社会进入了信息技术的新时代。在过去的几十年里,提高BJT的工作频率一直是人们不懈的追求,异质结双极型晶体管(HBT)和热电子晶体管(HET)等高速器件相继被研究报道。然而,当需要进一步提高频率时,这些器件遭遇了瓶颈。HBT的截止频率将最终被基区渡越时间所限制,而HET则受限于无孔、低阻的超薄金属基区的制备难题。石墨烯是一种近年来被广泛研究且性能优异的二维材料,人们提出使用石墨烯作为基区材料制备晶体管,其原子级厚度将消除基区渡越时间的限制,同时其超高的载流子迁移率也有助于实现高质量的低阻基区。已报道的石墨烯基区晶体管普遍采用隧穿发射结,然而隧穿发射结的势垒高度严重限制了该晶体管作为高速电子器件的发展前景。
  目前,金属所科研人员提出半导体薄膜和石墨烯转移工艺,首次制备出以肖特基结作为发射结的垂直结构的硅-石墨烯-锗晶体管。与已报道的隧穿发射结相比,硅-石墨烯肖特基结表现出目前最大的开态电流(692 A cm-2 @ 5V)和最小的发射结电容(41 nF cm-2),从而得到最短的发射结充电时间(118 ps),使器件总延迟时间缩短了1000倍以上(128 ps),可将器件的截止频率由约1.0 MHz提升至1.2 GHz。通过使用掺杂较重的锗衬底(0.1 Ω cm),可实现共基极增益接近于1且功率增益大于1的晶体管。科研人员同时对器件的各种物理现象进行了分析。通过基于实验数据的建模,科研人员发现该器件具备了工作于太赫兹领域的潜力。
  该项研究工作极大地提升了石墨烯基区晶体管的性能,为未来最终实现超高速晶体管奠定了基础。
  该项研究工作由金属所刘驰副研究员和孙东明研究员提出设计构思,刘驰副研究员开展了器件制备、电学测量和数据分析工作,任文才研究员和博士生马伟实现了石墨烯的生长和转移,博士生陈茂林进行了电子显微镜等方面的表征研究。刘驰副研究员为论文的第一作者,博士生马伟为共同第一作者,孙东明研究员为论文的通讯作者。
  该项研究工作得到了国家自然科学基金、中国科学院、金属所、沈阳材料科学国家研究中心、青年##计划和国家重点研发计划等项目资助。


       石墨烯晶体管是2010年的诺贝尔物理学奖将石墨烯带入了人们的视线。2004年英国曼彻斯特大学的安德烈·海姆教授和康斯坦丁·诺沃肖洛夫教授通过一种很简单的方法从石墨薄片中剥离出了石墨烯,为此他们二人也荣获2010年诺贝尔物理学奖。石墨烯是一种二维晶体,由碳原子按照六边形进行排布,相互连接,形成一个碳分子,其结构非常稳定;随着所连接的碳原子数量不断增多,这个二维的碳分子平面不断扩大,分子也不断变大。单层石墨烯只有一个碳原子的厚度,即0.335纳米,相当于一根头发的20万分之一的厚度,1毫米厚的石墨中将将近有150万层左右的石墨烯。石墨烯是已知的最薄的一种材料,并且具有极高的比表面积、超强的导电性和强度等优点。


       孙东明,男,1978年12月生,中国科学院金属研究所研究员、纳米碳基电子器件创新课题组组长,中组部“青年##计划”入选者,国家优秀青年科学基金获得者。2001年毕业于吉林大学电子材料与元器件专业,2006年获得吉林大学微电子学与固体电子学博士学位,2006-2012年在日本东京工业大学和名古屋大学工作。2012年,在中科院金属所先进炭材料研究工作。主要从事碳纳米管/石墨烯基柔性薄膜晶体管器件、微机电系统/压电超声波马达、印刷电子器件领域的研究。提出了气相过滤转移技术制备柔性碳纳米管薄膜晶体管电路的方法,大幅度提高了碳纳米管晶体管器件的性能,并率先实现了碳纳米管时序逻辑集成电路;提出了全碳薄膜晶体管器件的设计思路,首次制备出可塑全碳晶体管电路。

  声明:本网部分文章和图片来源于网络,发布的文章仅用于材料专业知识和市场资讯的交流与分享,不用于任何商业目的。任何个人或组织若对文章版权或其内容的真实性、准确性存有疑义,请第一时间联系我们,我们将及时进行处理。

本帖被以下淘专辑推荐:

回复

使用道具 举报

小黑屋|手机版|Archiver|版权声明|一起进步网 ( 京ICP备14007691号-1

GMT+8, 2024-3-28 17:54 , Processed in 0.090104 second(s), 42 queries .

Powered by Discuz! X3.2

© 2001-2013 Comsenz Inc.

快速回复 返回顶部 返回列表