原子尺度下石墨烯電晶體源漏接觸電阻的調控機理研究

《原子尺度下石墨烯電晶體源漏接觸電阻的調控機理研究》是依託華東師範大學，由吳幸擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：原子尺度下石墨烯電晶體源漏接觸電阻的調控機理研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：吳幸
• 依託單位：華東師範大學

項目摘要

理想的石墨烯具有超高的載流子遷移率，有望替代矽作為電晶體溝道材料，但源漏電極與石墨烯的接觸電阻高是目前限制其套用的重要因素之一。本項目擬利用高分辨原位透射電子顯微技術對器件施加外場（電場或熱場）並動態監測器件電學性能，研究石墨烯電晶體源漏接觸電阻調控的基礎科學問題。通過探索金屬/石墨烯界面在直流、脈衝等電負載下的結構和電學行為演化規律，研究電極材料、製備工藝、後處理工藝等對金屬/石墨烯界面特性的影響，分析金屬/石墨烯界面結構、晶相、缺陷、化學成分等對石墨烯電晶體電學性能的調控機制，研究降低石墨烯電晶體源漏接觸電阻的關鍵條件。本項目旨在揭示石墨烯電晶體源漏電阻的影響因素，闡明金屬/石墨烯界面對器件電學性能的調控機制，為研發高速以及高可靠性石墨烯電晶體提供指導依據。

結題摘要

石墨烯的電子遷移率在室溫下遠高於傳統矽基器件，有望套用於新一代高速電子器件中。石墨烯與金屬電極的接觸電阻是阻礙高速石墨烯電晶體發展的關鍵問題。本項目搭建的高性能透射電鏡原位電學平台，能夠分析最小為10飛安的感應電流，實現了從原子尺度實時表征電子材料接觸界面的結構和成分與其電學性能的關係。本項目利用搭建的透射電鏡原位電學平台分析了在電場擊穿過程中氧化鋁和砷化銦鎵基底上二氧化鋯介質層晶體缺陷和電學性能的動態演變過程與機理。通過製備具有不同電極材料的石墨烯電子器件，結合電學分析和拉曼表征，系統地研究了金、銀、鋁、鈦、鎳、鉻等金屬電極與石墨烯的接觸特性。用轉換長度測量方法，計算發現金屬鎳與石墨烯接觸電阻率最小。拉曼分析表明在界面處與石墨烯發生強相互作用的金屬如鎳、鈦，會導致石墨烯的2D峰展寬和劈裂，表明鎳、鈦和石墨烯的接觸為化學吸附。本項目還研究了具有層狀多孔結構的石墨烯複合材料與銀電極的接觸效應，並製備了壓阻感測器。研究表明，通過抽濾自組裝產生的石墨烯複合材料的層狀蓬鬆結構，是石墨烯壓阻感測器具有超快動態壓力回響的關鍵因素。本研究揭示了石墨烯電晶體源漏電阻的影響因素，闡明了金屬/石墨烯界面對器件電學性能的調控機制，並取得了豐碩的研究成果，為新一代石墨烯基高速電子器件的發展奠定了科學基礎。