中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：近日，中國(guó)科學(xué)院微電子研究所在石墨烯材料及器件研制領(lǐng)域取得整體突破。微電子所微波器件與集成電路研究室（四室）研究員金智帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)在國(guó)家和中科院科研項(xiàng)目的支持下，對(duì)石墨烯的材料生長(zhǎng)、轉(zhuǎn)移和石墨烯射頻器件的制備進(jìn)行了深入、系統(tǒng)的研究，制備出了具有極高振蕩頻率的石墨烯射頻器件，取得了一系列重要成果。
石墨烯作為一種新型的二維碳材料，由于其優(yōu)異的電學(xué)、光學(xué)性質(zhì)以及穩(wěn)定的化學(xué)特性，在微電子領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景?；瘜W(xué)氣相沉積方法是取得高質(zhì)量石墨烯的重要途徑之一，但將石墨烯從金屬表面向目標(biāo)襯底的轉(zhuǎn)移是制約該方法推廣的“瓶頸”。四室研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造性地采用瓊脂糖凝膠作為固體電解質(zhì)，利用電化學(xué)方法實(shí)現(xiàn)了石墨烯的綠色高效轉(zhuǎn)移。該轉(zhuǎn)移方法可推廣至大尺寸石墨烯薄膜的制備，為石墨烯的大規(guī)模應(yīng)用提供了可行的途徑。
生長(zhǎng)石墨烯所用的金屬襯底在制備過(guò)程中會(huì)在表面形成有序的形貌起伏，這種結(jié)構(gòu)會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)移后的石墨烯薄膜產(chǎn)生大量有序排列的褶皺。四室研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)制備出特殊結(jié)構(gòu)的石墨烯射頻器件，圍繞褶皺對(duì)石墨烯中載流子傳輸?shù)挠绊懻归_(kāi)了研究，發(fā)現(xiàn)這種有序的褶皺會(huì)導(dǎo)致石墨烯中載流子的傳輸具有各向異性的特點(diǎn)：平行于褶皺方向的載流子遷移率比垂直方向的顯著提高。該發(fā)現(xiàn)為制備高性能的石墨烯射頻器件提供了重要的參考依據(jù)。
在石墨烯射頻器件的制備過(guò)程中，已有的柵介質(zhì)制備方法在工藝的可控性和器件性能方面具有一定的缺陷。四室研究團(tuán)隊(duì)利用旋涂的方法在石墨烯表面形成BCB薄膜，并以此作為種子層進(jìn)行了氧化鋁介電層的沉積生長(zhǎng)。該方法不僅具有極好的工藝可控性，由于BCB特殊的化學(xué)結(jié)構(gòu)，避免了對(duì)石墨烯性能的不利影響，實(shí)現(xiàn)了高性能石墨烯射頻器件的制備。
石墨烯與金屬電極之間的接觸電阻會(huì)影響石墨烯射頻器件的柵控，從而對(duì)器件的頻率特性產(chǎn)生不利影響。作為傳統(tǒng)薄膜材料研究方法的延伸，目前主要通過(guò)TLM方法對(duì)石墨烯和金屬之間的接觸進(jìn)行表征和測(cè)量。四室研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)測(cè)定石墨烯接觸區(qū)和非接觸區(qū)材料的薄膜電阻，發(fā)現(xiàn)兩者有很大的差異。進(jìn)一步的理論分析表明，石墨烯不同區(qū)域薄膜電阻的差異會(huì)導(dǎo)致傳統(tǒng)的TLM方法提取得到的接觸電阻與實(shí)際值有很大偏差，該發(fā)現(xiàn)對(duì)測(cè)試方法的改良和石墨烯射頻器件性能的優(yōu)化具有重要價(jià)值。
圖1. 電化學(xué)腐蝕Cu示意圖
圖2. 石墨烯FET器件測(cè)試結(jié)果
圖3. BCB種子層工藝流程、器件結(jié)構(gòu)
圖4. 不同區(qū)域石墨烯能級(jí)差異、對(duì)金屬石墨烯接觸電阻的影響
