石墨烯纳米带场效应管

石墨烯纳米带场效应管石墨烯纳米带场效应管原理微电子与固体电子学专业学生潘立丁S111411指导教师石瑞英做成晶体管器件时，很难实现开关特性，而且若要运用于现在普遍使用的逻辑电路，其金属性也是一个巨大的难题。如何在石墨烯中引入能隙，成为了石墨烯晶体管器件制造的关键。本文主要关注的石墨烯纳米带场效应管，通过对肖特基势垒石墨烯纳米带场效应管和金属氧化物半导体石墨烯纳米带场效应管这两种结构进行对比和分析来了解其主要特性。关键词：石墨烯纳米带场效应管肖特基势垒havebeenabigproblemifwewantbehaviorsofgraphenenanoribbonFETs.石墨烯[1](Graphene)是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料。2004年，石墨烯被成功地从石墨中分离出来。石墨烯目前是世上最薄却也是最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光，导热系数高达5300W/m·K,高于碳纳米管和金刚石，常温下其电子迁移率超过15000cm2/V·s,又比碳纳米管或硅晶体迁移料。因为它的电阻率极低，电子传输的速度极快，因此被期待为可用来发展出更薄、导电速度更快的新一代电子元件或电晶体的材料。目前已知可以在石墨烯中引入能隙的手段主要有：(1)利用对称性破缺场或相互作用等使朗道能级发生劈裂，在导带与价带之间引入能隙。这主要通过掺杂、外加电场、化学势场等方式在双层石墨烯中引入对称破缺，实现人工调制能隙。(2)利用量子陷阱效应和边缘效应，通过形成石墨烯纳米结构(如纳米带)引入能隙，通过调节带宽，可以实现对能隙宽度的调节。(3)利用化学气相沉积法掺杂产生能隙，通过调节掺杂程度可实现对能隙的调节。(4)利用基底作用诱1a)和锯齿形3](图1b)。a扶手椅形纳米带b锯齿形纳米带 图4采用紧束缚近似计算得出的锯齿形纳米带结构带宽与能隙的关系其中n为纳米带边缘碳原子个数典型的石墨烯纳米带场效应管[5.7结构图如图5所示。以碳化硅为衬底，沟道材料为石墨烯纳米带，源和漏采用肖特基接触，而栅介质层则用氧化铝和氢烷。图5石墨烯纳米带场效应管结构图6显示的是在图5中结构之下纳米带宽度为10nm,长度1.5um,栅介质厚度为15nm,漏源电压为20mV的情况下，在4K和295K下的开关效率。我们可以看到温度对石墨烯纳米带场效应管的开关效率影响非常之大。图6不同温度下的开关效率 精品资料GNRSBFET多50%的离子含量。图6d是开启电流Io和I/on的关系。从图中而图7b是当Vp=Vpp时输出电导与栅压的关系。而GNRMOSFET显示出来更厘本文介绍了石墨烯纳米带的特性原理以及用石墨烯纳米带作为沟道材料的场效应管的特性原理。通过参考前人对肖特基结构和金属氧化物半导体结构石墨烯纳米带场效应管的特性对比来初步了解了其器件的电流电压特性和频率特性。因为石墨烯器件工艺条件的限制，本文的图表及数据均由计算机模拟加上理论方程的解答而得到。石墨烯具有零带隙的特殊性质，使得其在目前的逻辑集成电路中得运用非常困难，要成为目前成熟的硅工艺的替代者和硅电子集成电路的革命者，其要走的路还很长。最后感谢在此过程中指导我学习的石瑞英老师，感谢刘杰同学和刘艳同学在文献资料方面对我的帮助。参考文献[1]袁明文.石墨烯基电子学研究进展.中国电子科技集团公司第十三研究所，[2]胡小颖，乔靓，郑伟涛.电场作用下扶手椅型石墨烯纳米带的第一原理计算.纳米技术与精密工程，第9卷，第3期，2011[3]毕冬梅，赵利军，付志雄.不同宽度锯齿型石墨烯纳米带的第一原理研究长春大学学报，第20卷，第12期，2010