IBM通過(guò)量產(chǎn)工藝試制出fT100GHz的石墨烯FET

美國(guó)IBM開(kāi)發(fā)出了截止頻率（fT）為100GHz的石墨烯（Graphene）FET。由此未來(lái)實(shí)現(xiàn)工作頻率達(dá)到THz級(jí)FET的可能性變得更大。

石墨烯是一種碳原子呈6角形網(wǎng)眼狀連接的片狀材料。借助石墨烯可將載流子遷移率提高到1萬(wàn)cm2/Vs以上，因此，旨在將其應(yīng)用于晶體管溝道層以及LSI布線的研發(fā)活動(dòng)方興未艾。

此次開(kāi)發(fā)的元件其關(guān)鍵之處大致有兩點(diǎn)。一是在2英寸的SiC晶圓上，在1450℃溫度下通過(guò)2分鐘的外延生長(zhǎng)形成1～2層的石墨烯（圖1）。以往，IBM是將從石墨上剝?nèi)〉氖┣衅糜诠璧装迳现谱鱂ET的，而“此次采用了更適合量產(chǎn)的方法”（IBM）。在這種情況下，fT比以往的FET升高。此次FET的載流子遷移率為800～1500cm2/Vs，該數(shù)值比硅還要高。

另一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)是，在封裝石墨烯以及源漏極的材料上下了工夫?！叭绻谑┥现苯有纬山饘傺趸锏臇艠O絕緣層，均一性方面會(huì)存在問(wèn)題。為此，此次通過(guò)旋壓覆蓋（SpinCoat）法涂覆了有機(jī)材料之后，形成了氧化物膜”（IBM）。盡管如此，“這種FET過(guò)了3個(gè)月仍然工作良好”，此次的改進(jìn)不會(huì)影響到元件的使用壽命。

雖然100GHz的fT值高達(dá)采用硅的相同柵極長(zhǎng)度的MOSFET的2.5倍，但與化合物半導(dǎo)體相比還很小。IBM表示，“設(shè)計(jì)方面的優(yōu)化有待以后進(jìn)行，性能的改善余地還相當(dāng)大”。在此基礎(chǔ)上，該公司預(yù)計(jì)通過(guò)制造工藝的微細(xì)化，將fT提升到THz級(jí)。

圖1：采用適合量產(chǎn)的方法進(jìn)行制作，并提高性能圖為IBM在石墨烯FET的柵極長(zhǎng)度以及截止頻率方面的以往研究成果與此次結(jié)果。最初，是將石墨烯從石墨上剝離下來(lái)，置于形成了SiO2絕緣層的硅底板上，由此形成元件。此次，是在SiC底板上使石墨烯完成外延生長(zhǎng)。

但是，石墨烯通常沒(méi)有帶隙。因此，此次制作的石墨烯FET“不能作為邏輯IC使用。但可用于雷達(dá)的放大器等必需高頻率工作的模擬電路”（IBM）。