美國IBM開發(fā)出了截止頻率(fT)為100GHz的石墨烯(Graphene)FET。由此未來實現(xiàn)工作頻率達到THz級FET的可能性變得更大。
石墨烯是一種碳原子呈6角形網眼狀連接的片狀材料。借助石墨烯可將載流子遷移率提高到1萬cm2/Vs以上,因此,旨在將其應用于晶體管溝道層以及LSI布線的研發(fā)活動方興未艾。
此次開發(fā)的元件其關鍵之處大致有兩點。一是在2英寸的SiC晶圓上,在1450℃溫度下通過2分鐘的外延生長形成1~2層的石墨烯(圖1)。以往,IBM是將從石墨上剝取的石墨烯切片置于硅底板上制作FET的,而“此次采用了更適合量產的方法”(IBM)。在這種情況下,fT比以往的FET升高。此次FET的載流子遷移率為800~1500cm2/Vs,該數(shù)值比硅還要高。
另一個關鍵點是,在封裝石墨烯以及源漏極的材料上下了工夫?!叭绻谑┥现苯有纬山饘傺趸锏臇艠O絕緣層,均一性方面會存在問題。為此,此次通過旋壓覆蓋(SpinCoat)法涂覆了有機材料之后,形成了氧化物膜”(IBM)。盡管如此,“這種FET過了3個月仍然工作良好”,此次的改進不會影響到元件的使用壽命。
雖然100GHz的fT值高達采用硅的相同柵極長度的MOSFET的2.5倍,但與化合物半導體相比還很小。IBM表示,“設計方面的優(yōu)化有待以后進行,性能的改善余地還相當大”。在此基礎上,該公司預計通過制造工藝的微細化,將fT提升到THz級。
圖1:采用適合量產的方法進行制作,并提高性能圖為IBM在石墨烯FET的柵極長度以及截止頻率方面的以往研究成果與此次結果。最初,是將石墨烯從石墨上剝離下來,置于形成了SiO2絕緣層的硅底板上,由此形成元件。此次,是在SiC底板上使石墨烯完成外延生長。
但是,石墨烯通常沒有帶隙。因此,此次制作的石墨烯FET“不能作為邏輯IC使用。但可用于雷達的放大器等必需高頻率工作的模擬電路”(IBM)。
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