石墨烯 | 低电阻“多孔”金属石墨烯电接触，实现场效应晶体管（GFET）突破

CINNO外媒资讯，由于具有很大的载流子迁移率和饱和速度，石墨烯一直是增强高频微电子器件性能方面非常有吸引力的材料。实验表明，石墨烯的电子迁移率非常高，先前报道的结果高于15,000 cm2·V-1·s-1。石墨烯是一种零重叠型半金属（Zero-overlapSemimetal），同时具有电子和空穴电荷载体，并且在适当掺杂后具有高电导率。然而遗憾的是，非常高的金属-石墨烯接触电阻（Rc〜500W-mm）会降低前面所提的石墨烯场效应管的电子迁移率，这会限制高频石墨烯场效应管的性能。这个领域内，一个长期的研究目标是实现低于50W-mm的金属-石墨烯接触电阻，以实现高频晶体管。

金属-石墨烯接触点的孔设计降低了接触电阻，从而使高频GFET成为可能

米兰理工大学（意大利），GrapheneaSA（西班牙），伊利诺伊大学（美国）和斯坦福大学（美国）的研究人员设计出一种低接触电阻的金属-石墨烯接触点，这一直是阻碍实现高性能石墨烯场效应晶体管（GFET）的关键。研究人员在不同金属基板上使用化学气相沉积（CVD）法沉积石墨烯。他们发现，当它们在接触点下方的石墨烯中蚀刻出空穴时，金属-石墨烯接触电阻一直很低。即使在具有较低载流子密度的狄拉克点（电荷中性），金（Au）接触也可实现低至23Ω-μm的接触电阻，而在之前的研究中，200Ω-μm是石墨烯中载流子密度最高时获得的最低接触电阻。上述研究中，研究人员使用传输线测量（ Transmission Line Measurement，TLM）方法确定的接触电阻。

降低GFET中接触电阻的常用方法是设计接触点几何形状，以最大程度提高通过石墨烯边缘的电荷注入，同时也最大程度地降低表面的电荷注入。石墨烯边缘具有高密度的状态，允许电荷从金属触点到GFET的有效注入。该“多孔”金属-石墨烯接触中，载流子主要通过这些“多孔”触点中的孔的边缘注入。在固定的孔间距（600nm）前提下，研究人员通过改变孔径（550 nm和470 nm）研究了上述特定孔边缘的长度是如何影响接触电阻的。研究人员观察到，狄拉克点处的最小接触电阻发生在边缘长度与表面积之比最大时。

硅/二氧化硅（Si/ SiO2）衬底上的单层石墨烯，来源：Graphenea

大多数以前的研究人员都是尝试通过提高载流子密度来获得低接触电阻的。在狄拉克点具有低接触电阻的GFET有许多优点。某些物理现象在狄拉克点附近有效，这使得输入/输出信号匹配成为可能，进而实现多级电路中不同晶体管级的级联。例如，研究表明在石墨烯的狄拉克点，电子和空穴的有效质量为零。由于有效质量为零，石墨烯电子的行为非常类似于光子。尽管石墨烯本质上在狄拉克点附近具有低电导率，但在室温下，可以通过掺杂获得超过铜的电导率。

具有“多孔”金-石墨烯接触点的GFET在漏极偏压仅为0.8V、栅极长度为500nm的情况下，具有940S / m的平均跨导，这与具有传统金-石墨烯接触点的GFET相比，具有更好的性能。除了金以外，研究还使用了其他常见接触材料如钯/镍（Pd / Au），镍/金（Ni /Au）、银（Ag）、金/铝（Au） / Al）和镍/铝（Ni /Al）。低电阻金属-石墨烯接触点技术与Graphenea等供应商提供的高质量晶圆级石墨烯相结合，会极大促进GFET在高频电子产品中的开发和应用。（CINNO外媒编辑山海观编译）

来源：IEEE GlobalSpec

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