石墨片電晶體有辦法飆速度了
- 上線日期：2009/11/30 上午 12:00:00
- 資料來源：奈米科學網
石墨片(graphene)原本是製作高速電晶體的好材料，卻因為它與閘極介電質間的交互作用嚴重降低電荷載子速度，而限制了元件的效能。最近，IMB的研究人員聲稱解決了這個困擾，他們在石墨片及傳統高k介電質間置入一有機聚合物緩衝層，便可使載子遷移率(mobility)維持不墜。
石墨片是由碳原子構成的單層半導體材料，由於其電子的行為類似無靜止質量的相對論性粒子，因此能在石墨片中以非常高的速度運動。石墨片擁有許多獨特的物理性質，常被認為可能取代矽，並可用來製作前所未有的高速電晶體。然而在場效電晶體(field-effect transistor, FET)中，石墨片與做為頂閘極的介電質間的交互作用會散射電荷載子，大大侷限了電子及電洞的速度。
最近IBM TJ Watson研究中心的Phaedon Avouris等人找到一個解決之道，他們發現在石墨片及高k介電質間加入一層聚合物薄膜，對石墨片FET的場效遷移率並無顯著影響。Avouris表示，這是一重要進展，因為先前的閘極介電質都會嚴重影響石墨片中的載子遷移率，最後完成的電晶體效能也大打折扣。
Avouris解釋，一般石墨片FET中主要載子的散射機制源自帶電雜質及閘極異質接面聲子。IBM團隊所採用的低k聚合物緩衝層，能抑制高k材料與石墨片間的介面聲子交互作用，此外，聚合物所含的帶電雜子數量較少，也減輕了散射現象。雖然石墨片FET可利用懸空通道來得到較高的場效遷移率(此舉可減少外表面散射)，但在傳統的FET架構中，石墨片與介電質的接觸是無法避免的。研究人員冀望該項技術能提升石墨片元件效能，並推動石墨片電子科技。
研究人員目前正在改良製程，以期製造出操作頻率更高的場效電晶體，持續提升石墨片元件的速度是該團隊主要的目標之一。詳見Nano Letters | DOI: 10.1021/nl902788u。
原始網站: http://nanotechweb.org/cws/article/tech/40938
譯者:劉家銘(成功大學物理系)
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