石墨烯材料、器件与电路的研究现状.pdf

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1、第５２卷第１０期微纳电子技术Ｖｏｌ．５２Ｎｏ．１０２０１５年１０月ＭｉｃｒｏｎａｎｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＯｃｔｏｂｅｒ２０１５櫴櫴櫴櫴櫴毷毷櫴櫴毷技术论坛毷櫴櫴櫴櫴櫴石墨烯材料、器件与电路的研究现状王宗成，王淑华（中国电子科技集团公司第十三研究所，石家庄０５００５１）摘要：简单介绍了石墨烯优异的电学特性及主要国家的发展规划。详细论述了石墨烯材料制备技术的发展现状，如ＳｉＣ外延法和ＣＶＤ法的优缺点和目前的技术水平，其中ＳｉＣ外延法生长的石墨烯尺寸达４英寸（１英寸＝２．５４ｃｍ），迁移率高；ＣＶＤ法生长的石墨烯尺寸达３０英寸以上，质量好，

2、基本能满足石墨烯器件和电路的应用需求。从ＲＦ器件和电路、数字逻辑器件和电路以及ＴＨｚ器件和电路几个方面重点阐述了石墨烯电子器件和电路的最新研究进展，目前石墨烯ＲＦ晶体管在栅长分别为６７和１４０ｎｍ时，截止频率ｆＴ分别为４２７和３００ＧＨｚ，而石墨烯逻辑器件在带隙研究的推动下，导通关断电流比（Ｉ／Ｉ）已达到１０７。最后，从石墨烯材料制备和电子ｏｎｏｆｆ器件与电路方面对其发展方向进行了总结。关键词：石墨烯；ＳｉＣ外延生长；化学气相沉积（ＣＶＤ）法；射频（ＲＦ）器件；逻辑器件；太赫兹（ＴＨｚ）器件中图分类号：ＴＮ３文献标识码：Ａ文章编号：１６７１－４７７６（２

3、０１５）１０－０６１３－０７ＲｅｓｅａｒｃｈＳｔａｔｕｓｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓ，ＤｅｖｉｃｅｓａｎｄＣｉｒｃｕｉｔｓｆｏｒＧｒａｐｈｅｎｅＷａｎｇＺｏｎｇｃｈｅｎｇ，ＷａｎｇＳｈｕｈｕａ（Ｔｈｅ１３ｔｈＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＣＥＴＣ，Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ０５００５１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｅｘｃｅｌｌｅｎｔｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｇｒａｐｈｅｎｅａｎｄｉｔｓｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｐｒｏｇｒａｍｓｏｆｍａｉｎｃｏｕｎｔｒｉｅｓａｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｂｒｉｅｆｌｙ．Ｔｈｅｎｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓ

4、ｔａｔｕｓｏｆｔｈｅｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｔｈｅＳｉＣｅｐｉｔａｘｉａｌｇｒｏｗｔｈｍｅｔｈｏｄａｎｄｔｈｅＣＶＤｍｅｔｈｏｄ，ｗｉｔｈｔｈｅｍｅｒｉｔｓａｎｄｄｒａｗｂａｃｋｓａｎｄｃｕｒｒｅｎｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌａｂｉｌｉｔｉｅｓｏｆｔｈｅｔｗｏｍｅｔｈｏｄｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄｉｎｄｅｔａｉｌ．ＦｏｒｔｈｅＳｉＣｅｐｉｔａｘｉａｌｇｒｏｗｔｈｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｅｓｉｚｅｏｆｇｒａｐｈｅｎｅｍａｔｅｒｉａｌｃａｎｂｅａｓｌａｒｇｅａｓ４ｉｎｃｈｅｓ（１ｉｎｃｈ＝２．５４ｃｍ）

5、，ａｎｄｔｈｅｍｏｂｉｌｉｔｙｉｓｖｅｒｙｈｉｇｈ，ｗｈｉｌｅｆｏｒｔｈｅＣＶＤｍｅｈｏｄ，ｔｈｅｓｉｚｅｃａｎｒｅａｃｈ３０ｉｎｃｈｅｓ，ａｎｄｔｈｅｑｕａｌｉｔｙｉｓｇｏｏｄ，ｍｅｅｔｉｎｇｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｔｈｅｇｒａｐｈｅｎｅｄｅｖｉｃｅｓａｎｄｃｉｒ－ｃｕｉｔｓ．Ａｆｔｅｒｗａｒｄｓｔｈｅｌａｔｅｓｔｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆｇｒａｐｈｅｎｅｄｅｖｉｃｅｓａｎｄｃｉｒｃｕｉｔｓｉｓｉｌｌｕｓｔｒａｔｅｄ，ｗｉｔｈｔｈｅｅｍｐｈａｓｉｓｏｎｔｈｅＲＦ，ｄｉｇｉｔａｌ／ｌｏｇｉｃａｎｄＴＨｚｄｅｖｉｃ

6、ｅｓａｎｄｃｉｒｃｕｉｔｓ．ＦｏｒｔｈｅｇｒａｐｈｅｎｅＲＦｔｒａｎ－ｓｉｓｔｏｒｓ，ａｔｔｈｅｇａｔｅｌｅｎｇｔｈｓｏｆ６７ｎｍａｎｄ１４０ｎｍ，ｔｈｅｃｕｔｏｆｆｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓ（ｆＴ）ａｒｅ４２７ＧＨｚａｎｄ３００ＧＨｚｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ａｎｄｆｏｒｔｈｅｇｒａｐｈｅｎｅｌｏｇｉｃｄｅｖｉｃｅ，ｔｈｅｏｎ／ｏｆｆｃｕｒｒｅｎｔｒａｔｉｏ（Ｉｏｎ／Ｉｏｆｆ）ｒｅａ－７ｃｈｅｓ１０ｕｎｄｅｒｔｈｅｐｕｓｈｏｆｂａｎｄｇａｐｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓｆｏｒｇｒａｐｈｅｎｅｍａｎｕ

7、ｆａｃｔｕｒｅａｎｄｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｄｅｖｉｃｅｓａｎｄｃｉｒｃｕｉｔｓａｒｅｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｇｒａｐｈｅｎｅ；ＳｉＣｅｐｉｔａｘｉａｌｇｒｏｗｔｈ；ｃｈｅｍｉｃａｌｖａｐｏｒｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ（ＣＶＤ）ｍｅｔｈｏｄ；ｒａｄｉｏｆｒｅ－收稿日期：２０１５－０６－０１Ｅ－ｍａｉｌ：ｗｚｙｈ００８＠１６３．ｃｏｍ６１３微纳电子技术ｑｕｅｎｃｙ（ＲＦ）ｄｅｖｉｃｅ；ｌｏｇｉｃｄｅｖｉｃｅ；ｔｅｒａｈｅｒｔｚ（ＴＨｚ）ｄｅｖｉｃｅＤＯＩ：１０．１３２５０／ｊ．ｃｎｋｉ．ｗｎｄｚ．２０１５．１０．００１ＥＥＡＣＣ：２５００［１１］现的

8、截止频率ｆＴ分别为４２７和３００ＧＨｚ，超过０引言了Ｓｉ基和Ⅲ－Ⅴ族器件的ｆＴ最