【多圖】中國成功研製石墨烯高速晶體管　延遲縮短上千倍

據《中國青年報》10日消息，中國科學院金屬研究所，瀋陽材料科學國家研究中心先進炭材料研究部科研人員，首次製備出以肖特基結作為發射結的垂直結構晶體管「硅-石墨烯-鍺晶體管」，成功將石墨烯基區晶體管的延遲時間縮短了1,000倍以上，並將其截止頻率由兆赫茲提升至吉赫茲領域。

報道稱，相關成果已於近日在線發表於國際學術期刊《自然通訊》（Nature Communications）。

據該成果論文的通訊作者、中科院金屬所研究員孫東明介紹，這一研究工作提升了石墨烯基區晶體管的性能，未來將有望在太赫茲領域的高速器件中應用，為最終實現超高速晶體管奠定了基礎。

1947年，第一個雙極結型晶體管誕生於美國貝爾實驗室，引領人類社會進入信息技術的新篇章。在過去的幾十年裏，提高雙極結型晶體管的工作頻率，成為科學界的不懈追求，異質結雙極型晶體管和熱電子晶體管等高速器件相繼被研究報道。

然而，當需要進一步提高頻率時，這些器件遭遇了瓶頸。異質結雙極型晶體管的截止頻率，最終被基區渡越時間所限制，而熱電子晶體管的發展，則受限於無孔、低阻的超薄金屬基區的製備難題。

石墨烯，這個性能優異的二維材料，近年來倍受關注。實際上石墨烯本來就存在於自然界，只是難以剝離出單層結構。石墨烯一層層疊起來就是石墨，厚1毫米的石墨大約包含300萬層石墨烯。鉛筆在紙上輕輕劃過，留下的痕迹就可能是幾層甚至僅僅一層石墨烯。

科學界提出將石墨烯作為基區材料製備晶體管，其原子級厚度將消除基區渡越時間的限制，同時其超高的載流子遷移率也有助於實現高質量的低阻基區。

在信息時代，計算機和智能設備體積越來越小，信號傳輸量爆炸式增長，芯片中上千萬細如髮絲的晶體管互連導線「運送壓力」隨之加大。而當銅變得很薄，進入二維尺度時，電阻變大，導電性迅速變差，功耗大幅度增加。

這也是制約芯片等集成電路技術進一步發展的重要瓶頸。

「目前已報道的石墨烯基區晶體管，普遍採用隧穿發射結，然而隧穿發射結的勢壘高度，嚴重限制了該晶體管作為高速電子器件的發展前景。」此次成果論文的第一作者、中科院金屬所副研究員劉馳表示，科研人員提出了半導體薄膜和石墨烯轉移工藝，首次製備出如今這一成果。

據劉馳介紹，與已報道的隧穿發射結相比，硅-石墨烯肖特基結表現出目前最大的開態電流和最小的發射結電容，從而得到最短的發射結充電時間，使器件總延遲時間縮短了1,000倍以上，可將器件的截止頻率由約1.0兆赫茲提升至1.2吉赫茲。

劉馳最後指出，通過基於實驗數據的建模，科研人員進一步發現，該器件具備工作於太赫茲領域的潛力，而這對於未來的晶體管研製具有十分重要的意義。