高性能石墨烯场效应晶体管：超宽频带隙与可设计的Dirac点电压

本文主要探讨了一种高性能的顶栅型石墨烯场效应晶体管（Top-Gated Graphene Field-Effect Transistor, G-FET）的制备和特性优化。通过在高氧化温度下生长高质量的Y2O3门极氧化物，作者实现了前所未有的性能提升。石墨烯的载流子迁移率高达5400 cm²/V·s，这是已知石墨烯FET中的最高水平，显示出其在纳米电子学中的巨大潜力。 顶栅效率相对于传统的背面栅极（带有285 nm SiO2）提高了120%，这表明顶栅设计能更有效地控制电流，对于减小栅极到通道的距离，提高器件的集成度和稳定性具有重要意义。在这样的条件下，该G-FET的传输导纳（transconductance）与尺寸和漏极电压的比值（normalized transconductance）达到了惊人的7900 μF·Ns，这是已发表文献中石墨烯FET中最大的之一，这表明其在高频电路应用中的性能非常出色。 由于石墨烯本身的带隙缺失，它被认为更适合于射频（RF）模拟电子设备，而不是对开关电流比有较高要求的数字应用。研究者们已经成功地制造出具有高达100至300 GHz截止频率（fT）的G-FET，这证明了它们在RF领域的潜力。然而，除了截止频率外，论文强调了优化其他关键设备参数的重要性，如阈值电压（Dirac point voltage），它决定了晶体管从导通状态切换到截止状态所需的最小电压。 设计可调的Dirac点电压是一项关键挑战，因为它直接影响器件的性能和功耗。通过精细的材料选择和工艺调控，作者能够实现对这一重要参数的控制，这对于开发出具有高度灵活性和适应性，满足不同应用需求的石墨烯电子设备至关重要。 这篇研究不仅展示了石墨烯在高频率应用中的优越性能，还展示了如何通过优化器件结构来提升其关键参数，这对于推动石墨烯技术在未来的微电子和纳米电子领域的发展具有重大意义。