采訪人員從中國科學(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， 第一個雙極結(jié)型晶體管（BJT）誕生于貝爾實驗室， 引領(lǐng)了人類社會進(jìn)入信息技術(shù)的新時代 。 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道 。 然而， 當(dāng)需要進(jìn)一步提高頻率時， 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)渡越時間的限制， 同時其超高的載流子遷移率也有助于實現(xiàn)高質(zhì)量的低阻基區(qū) 。
“目前已報道的石墨烯基區(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)出目前最大的開態(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)充電時間， 使器件總延遲時間縮短了1000倍以上， 器件的截止頻率由約1.0MHz提升至1.2GHz 。
【石墨烯“打底” 我國科學(xué)家制備出高速晶體管】據(jù)悉， 我國科研人員同時對器件的各種物理現(xiàn)象進(jìn)行了分析， 并基于實驗數(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， 為未來最終實現(xiàn)超高速晶體管奠定了基礎(chǔ) 。
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