背柵石墨烯場效應(yīng)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(xiàn)的唯一存在的二維自由態(tài)原子晶體，是構(gòu)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(jié)構(gòu)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(rèn)為是后硅電子器件的最好選擇。當(dāng)然，石墨烯晶體管在實際應(yīng)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(guān)的特性，討論石墨烯場效應(yīng)晶體管(field-effecttransistor，F(xiàn)ET)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(zhuǎn)移到預(yù)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(shù)和質(zhì)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(jīng)過坐標(biāo)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(yīng)引起的，且非線性電流與多層石墨烯的尺寸以及帶電雜質(zhì)在石墨烯表面的吸附有關(guān)。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?，隧穿電流變化越明顯;雜質(zhì)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(yīng)的電壓大小反映雜質(zhì)濃度。
　　 根據(jù)光的干涉效應(yīng)，300nmSiO2表面的石墨烯能夠在光學(xué)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(yīng)離子刻蝕(RIE)技術(shù)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(zhuǎn)移特性受柵氧厚度、帶電雜質(zhì)和隧穿效應(yīng)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