石墨烯“打底” 中國科學(xué)家制備出高速晶體管

發(fā)布日期：2019-11-06 閱讀量：29

中國科學(xué)院金屬研究所沈陽材料科學(xué)國家研究中心獲悉，該中心先進(jìn)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(shí)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(yīng)用。該研究成果近日在《自然·通訊》上在線發(fā)表。

1947年，第一個(gè)雙極結(jié)型晶體管（BJT）誕生于貝爾實(shí)驗(yàn)室，了人類社會(huì)進(jìn)入信息技術(shù)的新時(shí)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(bào)道。然而，當(dāng)需要進(jìn)一步提高頻率時(shí)，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(shí)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(shí)間的限制，同時(shí)其超高的載流子遷移率也有助于實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的低阻基區(qū)。

“目前已報(bào)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(yán)重限制了該晶體管作為高速電子器件的發(fā)展前景。”該研究團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人表示。他們通過半導(dǎo)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(bào)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(shí)間，使器件總延遲時(shí)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(shí)對器件的各種物理現(xiàn)象進(jìn)行了分析，并基于實(shí)驗(yàn)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(shí)現(xiàn)超高速晶體管奠定了基礎(chǔ)。

湖南君志達(dá)集團(tuán)成立于2008年8月，坐落于歷史悠久的“寶慶府”——湖南省邵陽市北塔區(qū)中山路湘商產(chǎn)業(yè)園。經(jīng)過十年的辛勤耕耘，不斷擴(kuò)展藍(lán)圖，現(xiàn)旗下有三家分公司——君志達(dá)保溫、君志達(dá)科萊達(dá)、君志達(dá)新型建筑。

企業(yè)以“綠色，環(huán)保，便捷，高效，節(jié)能”為目的。為追求高質(zhì)量、高效率、低能耗的效果，不斷更換設(shè)備和機(jī)器，迄今為止，車間擁有20臺半自動(dòng)機(jī)，25臺全自動(dòng)設(shè)備，公司車間模具現(xiàn)有400余副，涉及酒業(yè)包裝、醫(yī)藥托盤、電器護(hù)角、水果大箱等。生產(chǎn)能力可供應(yīng)整個(gè)湖南地區(qū)。是湖南的生產(chǎn)泡沫包裝基地，產(chǎn)品銷售覆蓋華北、華中、華南等25個(gè)省市地區(qū)。