單層石墨烯在場(chǎng)效應(yīng)晶體管中的應(yīng)用研究.pdf

1、微電子工業(yè)從發(fā)展之初到現(xiàn)在,一直都在按照摩爾定律預(yù)言的軌跡發(fā)展著。但是,隨著關(guān)鍵尺寸越來(lái)越細(xì),器件也越來(lái)越小,微電子工業(yè)面臨越來(lái)越大的挑戰(zhàn)。世界各國(guó)的研究人員都在尋求各種方法突破這一難題。隨著各種技術(shù)的發(fā)展,一種新型技術(shù),即碳基微電子技術(shù)(電極材料和半導(dǎo)體都采用含碳化合物)逐漸浮出水面并有望成為下一代電子技術(shù)的核心,受到人們的廣泛關(guān)注。其中石墨烯是近幾年新興的材料,具有超薄、遷移率高、嚴(yán)格而簡(jiǎn)單的二維結(jié)構(gòu)、超強(qiáng)的機(jī)械性能以及熱化學(xué)穩(wěn)定性

2、等優(yōu)點(diǎn),在下一代超大規(guī)模集成電路方面具有潛在的應(yīng)用前景。
　　 目前,制備石墨烯有多種方法,包括機(jī)械剝離法、單層氧化石墨還原法、外延生長(zhǎng)法和氣相生長(zhǎng)法。不過(guò)這些方法都無(wú)法滿(mǎn)足實(shí)際應(yīng)用的需要,也沒(méi)有充分利用石墨烯的特點(diǎn)。考慮到石墨烯良好的導(dǎo)電能力、超薄的厚度以及與有機(jī)半導(dǎo)體良好的兼容性,石墨烯非常適合作為有機(jī)半導(dǎo)體器件的電極材料。目前的有機(jī)半導(dǎo)體微納器件多采用頂電極結(jié)構(gòu),即先預(yù)置有機(jī)維納晶體,然后在晶體上沉積電極,完成器件制備。由

3、于脆弱的有機(jī)晶體不能采用光刻等傳統(tǒng)微加工工藝,頂電極多通過(guò)掩膜板真空蒸發(fā)電極來(lái)完成。電極制備過(guò)程中的熱輻射會(huì)對(duì)有機(jī)晶體器件性能造成一定的影響。另一種是底電極結(jié)構(gòu),底電極器件是預(yù)先在襯底上制備好電極,然后放置晶體。由于沒(méi)有有機(jī)晶體的限制,電極結(jié)構(gòu)可以采用光刻等微加工工藝制備。但是底電極結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是電極的厚度通常大于15納米,電極與絕緣層間形成的臺(tái)階會(huì)影響有機(jī)微納晶體與絕緣層的貼合,導(dǎo)致器件性能的降低,甚至?xí)蛊骷バ阅堋?br>　　

4、單層石墨烯的厚度極薄,僅0.4納米,同時(shí)還具有極高的遷移率、良好的一致性、卓越的熱和化學(xué)穩(wěn)定性。如果用單層石墨烯作為有機(jī)微納器件的底電極,就可以解決傳統(tǒng)金屬電極過(guò)厚的問(wèn)題,將底電極臺(tái)階造成的影響減小到最小,同時(shí)能夠與有機(jī)半導(dǎo)體形成良好的能級(jí)匹配。
　　 本文介紹了石墨烯基本的制備和表征方法,并發(fā)展了一種簡(jiǎn)單、高效、方便的石墨烯間隙對(duì)的制備方法。基于單層石墨烯電極的有機(jī)晶體管表現(xiàn)出良好的場(chǎng)效應(yīng)晶體管性能,遷移率和開(kāi)關(guān)比分別可達(dá)0.