互补型石墨烯场效应晶体管器件研究

石墨烯具有优异的物理和电学特性，是近年来被微电子业界寄予延展摩尔定律厚望的新型材料。与硅基微电子器件结构兼容是石墨烯器件实用化中需要克服的重要问题。本研究以制作出与硅基CMOS具有较高相似度的互补型石墨烯场效应器件为目标，针对石墨烯原有的半金属特性不能满足半导体器件应用的问题，通过对石墨烯施加微电子常用的工艺步骤，包括制作金属、介质的接触并引入温度、杂质等影响，利用多种观测方法研究材料界面、杂质和工艺过程对石墨烯性质的改变状况，总结石墨烯能带结构和载流子迁移率的变化规律，探索能够稳定的使石墨烯出现合适的能带带隙和狄拉克点偏移量，呈现出所期望的半导体特性的理论与方法，并利用这种半导体特性的石墨烯制作场效应器件，通过控制狄拉克点偏移量实现不同栅电压中心点的石墨烯场效应晶体管，研制互补型石墨烯场效应晶体管器件结构。

石墨烯是一种二维晶体材料，其载流子是具有极高迁移率的费密子，是有希望延展摩尔定律的高迁移率材料。本项目从研究石墨烯材料中载流子的主要散射因素出发，并通过衬底优化的方法来提高石墨烯器件迁移率。初步解决了石墨烯器件制备中的一些关键工艺，诸如栅介质制备、金属欧姆接触等。成功在石墨烯器件上制备ALD高k栅介质层，找到了降低石墨烯器件接触电阻的方法。分别使用微机械剥离和CVD生长石墨烯为材料，成功制备顶栅场效应器件，并针对器件不同栅长与截止频率的对应关系进行了定量分析和初步模拟。研究了石墨烯表面吸附式掺杂效应的作用机理，成功实现P型和N型石墨烯场效应器件，并实现了器件狄拉克点的互补型调制。