類鑽碳基板讓石墨片電晶體飆更快
- 上線日期：2011/4/29 上午 12:00:00
- 資料來源：奈米科學網
美國研究人員表示，類鑽碳(Diamond-like carbon，DLC)可能是石墨片電晶體的理想基板，該先進元件具有目前最高的截止頻率(cut-off frequency) 155 GHz，以及只有40 nm的最短閘極長度 ，研究結果發現場效電晶體在絕對溫度4.3K的環境下仍可正常運作，且在射頻波段操作，故能應用到無線通訊上。
石墨片為單原子厚的二維薄碳片，由於其電子的行為類似無靜止質量的相對論性粒子，因此具有極高的電子傳導速度，再加上其他許多獨特的物理性質，使其有機會取代矽成為電子元件材料，用來製作前所未有的超高速電晶體。
石墨片電晶體可應用在無線通訊的射頻微電子元件上，作法是利用化學氣相沉積(CVD)技術製作出高品質的石墨片，再轉印到適當的絕緣基板(如二氧化矽)上。由於石墨片與介電質基板間的交互作用，會產生散射電荷載子的效應，進而大幅侷限電子及電洞的速度，嚴重劣化石墨片應有的電性。
IBM TJ Watson研究中心的Phaedon Avouris等人最近找到解決方案，他們在標準晶圓(基板)上加入一層類鑽碳薄膜。以利用CVD製成的類鑽碳已被廣泛運用於半導體產業應用上，這種無極性介電材料對電荷載子的捕捉或散射能力遠低於二氧化矽，而且具有大面積製作成本低、不會吸收太多水與熱導率極佳的優點。
Avouris表示，該元件保有目前利用CVD製成的石墨片電晶體中最高的截止頻率，不過這並不是它的極限，因為該元件使用的只是品質一般的石墨片(載子遷移率不到1000 cm2/Vs)。IBM與全球許多實驗室都在試圖找到讓CVD製程更完美以持續提升性能的方法。
高頻電晶體的應用很廣，主要是在手機、網路與雷達等通訊領域，其他如醫學造影、安全防護與感測器亦可受惠。此外，此新型電晶體在極低的溫度環境下仍可維持正常運作功能，故可應用到太空或航太科學上。詳見Nature 472, p.74 (2011)。
原始網站: 原始網站: http://nanotechweb.org/cws/article/tech/45650
譯者:謝德霖(逢甲大學光電學系)
責任編輯:蔡雅芝
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