日前，中國科學(xué)院金屬研究所沈陽(yáng)材料科學(xué)國家研究中心先進(jìn)炭材料研究部科研人員首次制備出以肖特基結作為發(fā)射結的垂直結構晶體管“硅—石墨烯—鍺晶體管”，成功將石墨烯基區晶體管的延遲時(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(lái)將有望在太赫茲（THz）領(lǐng)域的高速器件中應用。該研究成果近日在《自然·通訊》上在線(xiàn)發(fā)表。
1947年，第一個(gè)雙極結型晶體管（BJT）誕生于貝爾實(shí)驗室，引領(lǐng)了人類(lèi)社會(huì )進(jìn)入信息技術(shù)的新時(shí)代。過(guò)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道。然而，當需要進(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渡越時(shí)間所限制，而HET則受限于無(wú)孔、低阻的超薄金屬基區的制備難題。
近年來(lái)，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材料制備晶體管，其原子級厚度將消除基區渡越時(shí)間的限制，同時(shí)其超高的載流子遷移率也有助于實(shí)現高質(zhì)量的低阻基區。
“目前已報道的石墨烯基區晶體管普遍采用隧穿發(fā)射結，然而隧穿發(fā)射結的勢壘高度嚴重限制了該晶體管作為高速電子器件的發(fā)展前景。”該研究團隊負責人表示。他們通過(guò)半導體薄膜和石墨烯轉移工藝，首次制備出以肖特基結作為發(fā)射結的垂直結構的硅—石墨烯—鍺晶體管。
該研究人員表示，與已報道的隧穿發(fā)射結相比，硅—石墨烯肖特基結表現出目前最大的開(kāi)態(tài)電流和最小的發(fā)射結電容，從而得到最短的發(fā)射結充電時(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。
據悉，我國科研人員同時(shí)對器件的各種物理現象進(jìn)行了分析，并基于實(shí)驗數據建模發(fā)現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晶體管的性能，為未來(lái)最終實(shí)現超高速晶體管奠定了基礎。
來(lái)源：科技日報
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