本文關(guān)鍵詞：基于石墨烯的新型微納電子器件研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著Moore’s law的發(fā)展,晶體管溝道尺寸不斷等比例縮小。微納電子技術(shù)已進(jìn)入14nm節(jié)點(diǎn),然而隨著厚度進(jìn)一步的下降,傳統(tǒng)硅基材料遷移率會(huì)顯著降低。以石墨烯為代表的二維材料具有優(yōu)異的遷移率,有望支持More Moore的發(fā)展,并且石墨烯具有優(yōu)異的力、熱、光、電特性,有望在More than Moore方向取得突破。本論文以基于石墨烯的新型微納電子器件研究為核心,從石墨烯器件的材料制備、性能表征、物理機(jī)制、器件集成方面開(kāi)展較為系統(tǒng)的研究,獲得了一系列基于石墨烯的新型晶體管、存儲(chǔ)器、聲源器件、力學(xué)傳感器、發(fā)光器件、熱整流器等,拓展了石墨烯器件的研究空間,為新一代微納器件技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。論文首先研究了石墨烯材料的制備及圖形化。提出了在絕緣基底上直接生長(zhǎng)石墨烯技術(shù),獲得了具有較高遷移率的石墨烯微米條帶。通過(guò)激光照射懸空石墨烯,調(diào)控了石墨烯形狀。采用了激光直寫石墨烯技術(shù),可通過(guò)單步工藝實(shí)現(xiàn)大面積石墨烯的生長(zhǎng)和圖形化,可作為石墨烯器件的一體化加工平臺(tái)。其次,研究了新型石墨烯晶體管和存儲(chǔ)器。提出了石墨烯與二硫化鉬構(gòu)成的異質(zhì)結(jié)晶體管,結(jié)合了石墨烯高遷移率和二硫化鉬寬帶隙的優(yōu)勢(shì),晶體管具有較高遷移率和高開(kāi)關(guān)比,理論預(yù)計(jì)進(jìn)一步降低EOT可突破傳統(tǒng)晶體管亞閾值斜率的限制。將石墨烯引入阻變存儲(chǔ)器中,大幅降低了存儲(chǔ)器的功耗,并通過(guò)石墨烯結(jié)合拉曼表征揭示了阻變存儲(chǔ)器中氧離子移動(dòng)的機(jī)制。還采用激光直寫法實(shí)現(xiàn)了具有Fin結(jié)構(gòu)的石墨烯阻變存儲(chǔ)器,具有柔性和低工作電壓的特點(diǎn)。并提出了柵控阻變存儲(chǔ)器,結(jié)合雙層石墨烯和柵控實(shí)現(xiàn)了存儲(chǔ)窗口可調(diào)。另外,研究了新型石墨烯傳感器和執(zhí)行器。實(shí)現(xiàn)了柔性和透明的石墨烯聲源器件,在寬頻域內(nèi)具有平坦的聲輸出,并實(shí)現(xiàn)了新型石墨烯耳機(jī)。實(shí)現(xiàn)了具有高靈敏度的石墨烯應(yīng)力傳感器和壓力傳感器,并驗(yàn)證了能量收集,并在石墨烯中觀察到巨壓電效應(yīng),壓電系數(shù)比傳統(tǒng)壓電體材料高兩個(gè)數(shù)量級(jí)。在石墨烯中觀察到了電致發(fā)光現(xiàn)象,并實(shí)現(xiàn)了發(fā)光波長(zhǎng)可調(diào),對(duì)于當(dāng)代發(fā)光器件具有重要價(jià)值。還結(jié)合材料不對(duì)稱結(jié)構(gòu)和聲子輸運(yùn)整流特性,實(shí)現(xiàn)了石墨烯熱整流器。最后,研究了石墨烯器件片上集成新方法,建立了一套將版圖圖形等比例轉(zhuǎn)換為激光直寫圖形的設(shè)計(jì)方法,實(shí)現(xiàn)了晶圓級(jí)、高性能和低成本的石墨烯器件組,片上集成了石墨烯晶體管陣列、光電探測(cè)器陣列以及揚(yáng)聲器,有望推動(dòng)石墨烯微納電子器件的發(fā)展。

  本文關(guān)鍵詞：基于石墨烯的新型微納電子器件研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。