Graphene场效应晶体管及其集成技术研究

Graphene是一种二维晶体材料，其载流子是具有极高迁移率的狄拉克费米子，是有希望延展摩尔定律的高迁移率材料。针对graphene材料在场效应器件和集成技术应用中存在的问题，充分发挥graphene优良的材料特性与硅集成电路技术相融合的特点，开展晶圆级graphene材料生长、graphene场效应晶体管及其集成技术的研究。通过对晶圆级graphene材料成核、自重构机理与生长机制以及二维graphene晶体中狄拉克-费米子的输运机理和行为规律等科学问题的深入研究，从微电子学角度多层次、综合性地解决科学问题和技术瓶颈，取得一批自主知识产权和前沿性成果，研制出4英寸晶圆级graphene材料、截止频率大于100 GHz的graphene场效应晶体管，实现graphene场效应器件的集成演示验证，推动graphene材料的研究、应用和发展。发表SCI论文30篇、申请专利20项。

本课题研究了石墨烯CVD生长过程中的点缺陷产生机理、生长过程及降低方法，在提出的石墨烯CVD生长点缺陷模型基础上，改进了CVD石墨烯生长流程，制备出了1.5英寸的石墨烯大单晶，并实现了8英寸石墨烯的生长和转移。开发并优化了石墨烯场效应晶体管制备工艺，在维持较高的石墨烯顶栅器件迁移率（1500 cm2/Vs）的同时，栅等效氧化层厚度（EOT）降低至5 nm。制备了三英寸晶圆级石墨烯场效应晶体管阵列，栅长130 nm器件截止频率fT达到200 GHz，最大振荡频率fmax达到60 GHz。在此基础上建立了器件的小信号模型并制备了石墨烯放大器电路。