背柵石墨烯場效應晶體管的制備及性能可靠性研究.pdf

1、石墨烯是目前發(fā)現的唯一存在的二維自由態(tài)原子晶體，是構筑零維富勒烯、一維碳納米管和三維體相石墨等sp2雜化碳的基本結構單元，具有許多獨特性能。近年，發(fā)展迅速的石墨烯晶體管被認為是后硅電子器件的最好選擇。當然，石墨烯晶體管在實際應用中還存在許多潛在的不明確的性能。本論文將介紹與石墨烯電子器件相關的特性，討論石墨烯場效應晶體管(field-effecttransistor，FET)的性能，以及研究石墨烯器件的可靠性。
　　 石墨烯樣品

2、的制備是采用機械剝離高定向熱解石墨(HOPG)的方法。論文中將石墨烯薄片轉移到預先圖形化處理的襯底表面制成石墨烯FET。拉曼(Raman)光譜被用來鑒別石墨烯樣品的層數和質量，原子力顯微鏡(AFM)被用來測試石墨烯樣品的厚度。
　　 多層石墨烯的電流-電壓特性曲線經過坐標原點，且呈非線性。這種非線性特性是由多層石墨烯層與層之間的隧穿效應引起的，且非線性電流與多層石墨烯的尺寸以及帶電雜質在石墨烯表面的吸附有關。隧穿電流對石墨烯樣品

3、的厚度特別敏感，石墨烯樣品越?。▎螌映猓泶╇娏髯兓矫黠@;雜質帶正電（負電），多層石墨烯的電流-電壓曲線的拐點落在正電壓（負電壓）位置，拐點對應的電壓大小反映雜質濃度。
　　 根據光的干涉效應，300nmSiO2表面的石墨烯能夠在光學顯微鏡下清晰地分辨。一般的背柵石墨烯FET采用300nm的SiO2作為柵氧，所需要的柵壓范圍超過100V，如此大的電壓范圍遠超出MEMS/NEMS的功耗。為了保證器件的性能，降低柵極供壓，有必

4、要減少柵氧的厚度，本論文采用反應離子刻蝕(RIE)技術加工出柵氧厚度為～10nm的石墨烯FET。所制備出的石墨烯FET為雙極性器件，柵極供壓范圍在-4～4V之間。石墨烯FET的輸出特性和轉移特性受柵氧厚度、帶電雜質和隧穿效應等諸多因素的影響。
　　 10nm的柵氧很薄，很容易在高電場下發(fā)生瞬時擊穿，薄柵石墨烯FET的可靠性是一個需要考慮的問題。高電場下，柵氧被擊穿，擊穿后的SiO2中會形成Si絲(Sifilament)，石墨烯和