石墨片電晶體速度追上矽電晶體了
- 上線日期：2010/9/30 上午 12:00:00
- 資料來源：奈米科學網
石墨片為單原子厚的二維碳材料，在未來可望取代矽成為電子元件材料。然而，矽晶片的製程技術無法套用在石墨片上，因為它們會引入缺陷而導致元件效能下降。美國科學家最近研發出新的製造技術，他們在石墨片電晶體中採用包覆氧化鋁的奈米線做為閘極，並利用以奈米線為遮罩(mask)的自我對準(self-align)製程製作出汲極與源極，結果製造出目前最高速的石墨片電晶體，可媲美目前市售矽晶片的效能，未來可望應用於高頻元件如微波通訊、影像及雷達科技上。
傳統的金氧半場效電晶體(MOSFET)製程是利用自我對準的閘極結構以確保源極、汲極及閘極能被精準定位。此發法防止電極間的重疊，因而降低元件的電阻。然而相同製程並不適用於石墨片元件，因為製作過程中將無可避免地在材料晶格中產生缺陷。
為克服此問題，加州大學洛杉磯分校(UCLA)的Xiangfeng Duan等人的作法是先製作矽化鈷-氧化鋁殼核奈米線(core-shell nanowire)，然後將它置於單層石墨片上方，做為電晶體的頂閘極。Duan指出，此過程並不會在材料中造成任何會影響效能的缺陷。研究人員再將鉑薄膜越奈米線置於石墨片上，利用奈米線閘極把石墨薄片分成兩區，即源極和汲極。此奈米導線遮罩同時定義了該元件的閘極長度，此處約為140 nm。
上述元件有同型元件中最高的跨導(transconductance，決定電晶體效能的物理量)，高達1.27 mSμm-1。微波量測亦顯示該元件具有破紀錄的截止頻率，約在100到300 GHz之間，是同尺寸最佳矽MOSFET的兩倍。高達20,000 cm2/V·s的電子遷移率亦比市售矽電晶體好上兩個數量級。
Duan表示，石墨片電晶體的截止頻率能與最佳的矽電晶體能相匹敵，是石墨片研究上的重要里程碑，因為這清楚展現出石墨片電子元件在未來高頻電路上令人興奮的潛能。該團隊計畫製作閘極長度更小的石墨片電晶體，期將截止頻率提高到接近1 THz。詳見近期的Nature。
原始網站: http://nanotechweb.org/cws/article/tech/42664
譯者:劉家銘(成功大學物理系)
責任編輯:蔡雅芝
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