《石墨烯/鐵電異質結構縱向器件性能研究》是依託清華大學，由吳華強擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：石墨烯/鐵電異質結構縱向器件性能研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：吳華強
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
石墨烯由於其優異的電學性能、機械性能、光學性能、熱學性能等成為當前的國際研究熱點，然而由於完整的石墨烯沒有帶隙，在模擬電路上不飽和，因而其開關比很低，極大地限制了它在數據邏輯電路的套用。石墨烯縱向結構由於其具有較大的開關比 ，而受到廣大研究人員的極大關注。然而，該勢壘的有效高度調控也比較有限。另外，石墨烯縱向器件的製備在目前階段還難以用於大規模套用，同時器件的重複性難以保證。為此，本項目提出一種石墨烯/鐵電縱向的製備方案，用鐵電的兩個極化方向來二次調控開關比ON/OFF，發展了新的原理來實現石墨烯縱向器件更大開關比的調控，同時其具有易於加工的優點，有大規模套用的潛力。另外，本項目還提出一套有效的石墨烯/鐵電縱向器件機理模擬程式。對石墨烯/鐵電結構縱向結構中隧穿輸運進行有效的模擬仿真，為器件的製備提供方向性。
結題摘要
石墨烯等二維材料具有優異的電、光、熱等性能。此類材料的縱向結構相較於其平面結構往往會表現出更加獨特的性質。本項目在生長出石墨烯的基礎上，採用倒置工藝，將生長石墨烯與CMOS工藝集成，製備了埋柵石墨烯場效應電晶體。基於此電晶體，國際上率先製備出了石墨烯雙平衡混頻器電路及四節分散式放大器電路。同時，項目還採用化學氣相澱積的方法，第一次製備出了大面積、均勻、垂直的二硫化鉬，並對其特性進行了表征。基於此，進而製備了石墨烯/二硫化鉬縱向異質結構，以期解決石墨烯禁頻寬度為零造成的電晶體開關比低的問題。 採用倒置工藝將石墨烯與CMOS工藝集成，解決了石墨烯工藝與CMOS工藝不兼容的問題。項目所製備的埋柵石墨烯場效應電晶體結構，獲得了最高36.5 GHz的震盪頻率，此外，具有不同柵長的器件均獲得與fT接近的fmax，500nm柵長石墨烯電晶體的截止頻率fT達到了17GHz。該結果發表在了Scientific Reports, 6, 35717, (2016)上。基於此電晶體，我們製備了石墨烯雙平衡混頻器電路及四節分散式放大器電路。其中，四管雙平衡混頻器的線性度高至21 dBm，該指標處於國際領先水平。該結果發表在了Nano letters, 15, 6677 (2015)。所製備垂直硫化鉬的開啟電場2.46V/μm，場發射電流達到了10μm/cm2。電場增強因子高達6240。所製備硫化鉬在析氫反應中的交換電流密度達到了22.3μA/cm，比塊狀硫化鉬高出了約70倍。該結果發表在了Scientific Reports, 6, 21171, (2016)上。該篇文章兩年內受到多次引用，根據Web of Science的檢索結果，為“熱點論文”。
