背栅石墨烯场效应晶体管的制备及性能可靠性研究
石墨烯的场效应晶体管制造实验流程
石墨烯的场效应晶体管制造实验流程一、概述石墨烯是一种由碳原子以二维晶格形式排列而成的材料，具有优异的导电性、热导率和机械强度，因此在电子器件领域具有广泛的应用前景。
场效应晶体管是一种基于半导体材料的电子器件，利用外加电场调节电子输运性质。
本文将介绍石墨烯的场效应晶体管制造实验流程，以便于读者了解并进行相关实验研究。
二、实验材料与仪器1. 实验材料：- 氧化硅衬底片- 纯度高达99.9的石墨片- 氢氧化钠、硫酸、次氯酸钠、硝酸等化学试剂- 甲苯、异丙醇、丙酮等有机溶剂2. 实验仪器：- 进口超高真空物理气相沉积系统- 扫描探针显微镜- 离子束蚀刻系统- 激光切割系统- 原子力显微镜三、实验流程1. 制备石墨烯（1）在进口超高真空物理气相沉积系统中，将石墨片放置在高温石墨坩埚中，利用热蒸发法制备石墨烯薄膜。
（2）通过扫描探针显微镜观察薄膜形貌，并选取质量较好的样品。
2. 氢氧化钠清洗（1）将氧化硅衬底片放入氢氧化钠溶液中，进行超声清洗，去除表面杂质和氧化层。
（2）在硫酸和次氯酸钠混合溶液中进行进一步清洗，去除残留的有机物和金属离子。
3. 氧等离子蚀刻刻蚀（1）将制备好的石墨烯薄膜贴附在氢氧化钠清洗过的氧化硅衬底片上。
（2）将样品置于离子束蚀刻系统中，利用氧等离子蚀刻技术去除石墨烯薄膜表面残余的杂质和氧化物。
4. 激光切割（1）使用激光切割系统对石墨烯薄膜进行精确切割，制备出场效应晶体管的通道。
（2）通过原子力显微镜对切割后的样品进行表面形貌和电学性质的表征。
5. 其他后续实验（1）制备金属源和栅极电极，通过电子束蒸发等方法在石墨烯薄膜上制备金属电极。
（2）通过层状结构沉积技术，在石墨烯薄膜表面沉积介电层和栅极。
四、实验结果与分析通过以上实验流程，制备得到了石墨烯的场效应晶体管样品。
利用扫描探针显微镜、原子力显微镜等各种表征手段对样品的表面形貌和电学性质进行了详细分析。
实验结果表明，制备得到的石墨烯场效应晶体管具有优异的导电性和稳定的场效应特性，满足相关应用要求。
石墨烯场效应晶体管设计加工及特性研究
第一章绪论1.1课题研究背景及意义英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫在2004年发现了二维材料石墨烯，他们因为发现二维材料石墨烯的存在，在2010年收获了诺贝尔物理学奖，这一奖项说明了他们的发现预示了一个新的时代的来临。
自从石墨烯发现以来，关于石墨烯材料的科学研究不断取得重要进展，其在微电子、量子物理、材料、化学等领域都表现出许多非凡的性能和潜在的广阔应用前景[1]，石墨烯二维材料一经发现就在全世界激起了巨大的波澜[2]。
石墨烯是平面形式的碳，它在非凡的量子物理世界具有独特的性质[3]。
作为二维碳材料，石墨烯具有许多有其他材料无法比拟的优点，石墨烯的厚度为一个碳原子那么厚，即0.335nm，所以石墨烯的比表面积超级大，理想的单层石墨烯的比表面积可以达到2630m2/g，石墨烯中在狄拉克点附近的狄拉克电子呈现线性能量-动量色散关系，这使得石墨烯薄膜材料对在紫外-可见-红外区域的超宽带光谱范围里所有频率的光子都具有共振的光学响应，单层石墨烯薄膜材料的线性光学吸收关系不依赖于光频率，石墨烯薄膜材料对任何波长的低强度光波都具有π·α≈2.3%的吸收率（α为精细结构常数）而且其总吸收率与石墨烯层数成正比，这就使得只有一个碳原子厚度的单层石墨烯是可以通过眼睛观测到的；稳定的晶格结构使石墨烯具有非常优秀的导热性[4]。
石墨烯作为一种电的优良导体，表现出与铜材料一样的导电性，而作为一种热导体，它比其他的已知的热导体材料更为杰出。
石墨烯具有非常独特的晶体结构和优异的光学性能和热学性能，然而完美二维晶体结构的石墨烯薄膜材料所拥有的不仅仅是独特的光学吸收率2.3%，表面可以弯曲但却强度却比钻石还要高的，和导热系数高达5300 W/m•K，其独特的电子学性质也正吸引着许多研究者的目光[5]。
在石墨烯薄膜材料中，碳原子之间的相互作用力非常强。
电子在石墨烯上的自由迁移，传统的导体铜的电子迁移特性远远没有石墨烯的好。
石墨烯场效应晶体管的制备及其特性研究
制备
例如，采用先进的材料复合技术，将石墨烯与其他材料相结合，以获得更高 的电导率和更稳定的化学性能；同时，通过优化制备过程中的参数，如温度、压 力、时间等，可以进一步提高石墨烯场效应晶体管的性能和稳定性。
应用
应用
石墨烯场效应晶体管在多个领域都有广泛的应用，以下是一些主要应用领域：
应用
1、电子领域：石墨烯场效应晶体管在电子领域中具有广泛的应用前景，如高 速数字电路、射频器件、太阳能电池等。其高电子迁移率和优良的稳定性使其成 为制造高性能电子设备的理想材料。
制备
2、源极和漏极的制备：源极和漏极是石墨烯场效应晶体管的关键部分。通常 采用电子束蒸发、溅射或CVD等方法来制备金属电极。
制备
3、介质层的制备：介质层是石墨烯场效应晶体管中控制电荷流动的关键部分。 可以采用氧化硅、氮化硅等材料作为介质层，其制备方法通常采用化学气相沉积 或溶液法。
制备
4、门电极的制备：门电极是控制石墨烯场效应晶体管开关状态的关键部分。 可以采用金属、合金或导电性聚合物等材料制备门电极。其制备方法通常采用蒸 发、溅射或印刷等技术。制备技术的优化和创新在提高石墨烯场效应晶体管的性 能和稳定备及 其特性研究
01 引言
03 特性 05 应用
目录
02 背景 04 制备 06 结论
引言
引言
石墨烯是一种由碳原子组成的二维材料，因其独特的物理和化学特性而受到 广泛。其中，石墨烯场效应晶体管（GFET）作为一种重要的石墨烯应用领域，具 有低能耗、高速度、大带宽等优势，为电子器件领域带来了新的发展机遇。本次 演示将详细介绍石墨烯场效应晶体管的制备方法及其特性。
特性
3、制备特性：石墨烯场效应晶体管的制备技术具有灵活性和可扩展性，这使 得大规模生产成为可能。同时，石墨烯场效应晶体管的制备工艺相对简单，可以 通过干法刻蚀、湿法腐蚀等多种方法实现。
石墨烯场效应晶体管生物传感器超灵敏检测肝癌细胞释放的微囊泡
石墨烯场效应晶体管生物传感器超灵敏检测肝癌细胞释放的微囊泡石墨烯场效应晶体管生物传感器超灵敏检测肝癌细胞释放的微囊泡近年来，肝癌成为全球范围内的常见恶性肿瘤，给人类健康带来了重大威胁。
准确、灵敏地检测肝癌细胞的存在和活性，对于肝癌的早期诊断和治疗至关重要。
近期，一种基于石墨烯场效应晶体管的生物传感器被开发出来，具有超高的灵敏度，可以实现对肝癌细胞释放的微囊泡进行快速、准确的检测。
石墨烯是目前发现的最薄、最强韧的材料之一，在电子领域表现出许多优异的性能。
石墨烯场效应晶体管（graphene field-effect transistor，GFET）作为一种新兴的生物传感器，结构简单、易于制备，并且具有高度敏感的特性。
通过在石墨烯表面修饰生物分子，例如抗体或寡核苷酸（oligonucleotides），可以实现对目标分子的特异性捕获和检测。
肝癌细胞释放的微囊泡是细胞外泌体中的一种重要成分，富含多种生物活性物质，如miRNA和蛋白质。
研究发现，肝癌细胞释放的微囊泡在细胞间的信息沟通和肿瘤的发生、发展中起着重要作用。
因此，通过检测微囊泡中的生物活性物质，可以实现对肝癌的早期诊断和疗效监测。
石墨烯场效应晶体管生物传感器的制备主要分为以下几个步骤。
首先，将单层石墨烯片段通过机械剥离法制备得到。
然后，在石墨烯表面通过化学修饰方法引入功能分子，例如特异性的抗体，使其具有特异性识别肝癌细胞释放的微囊泡。
接下来，将修饰后的石墨烯片段嵌入到晶体管结构中，形成石墨烯场效应晶体管传感器。
最后，将传感器与样品溶液接触，通过检测传感器的电学特性变化，实现对肝癌细胞释放的微囊泡的检测。
石墨烯场效应晶体管生物传感器在肝癌细胞微囊泡检测中表现出了超高的灵敏度。
由于石墨烯的高度敏感特性，传感器能够实现对非常低浓度的微囊泡进行快速、准确的检测。
研究人员对不同浓度的肝癌细胞微囊泡样本进行了检测，发现该传感器在浓度为百万分之一的水平下就能够检测到微囊泡的存在，远远超过了传统的生物传感器的灵敏度。
石墨烯场效应晶体管研究进展
第３４卷 第４期２０１４年８月固体电子学研究与进展ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＆ＰＲＯＧＲＥＳＳ ＯＦ ＳＳＥ Ｖｏｌ．３４，Ｎｏ．４Ａｕｇ．，２０１４檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸殠殠殠殠射频与微波石墨烯场效应晶体管研究进展＊杨正龙１＊＊ 刘芯岩１ 卜弋龙１ 徐晓黎１ 刘永生２（１同济大学材料科学与工程学院，先进土木工程材料教育部重点实验室，上海，２０００９２）（２上海电力学院太阳能研究所，上海，２０００９０）２０１４－０２－０８收稿，２０１４－０４－０４收改稿摘要：制备场效应晶体管的石墨烯主要分三种类型：大面积单层石墨烯、石墨烯纳米带和双层石墨烯片。
文中介绍了这三类石墨烯场效应晶体管器件的研究进展和标志性成果，探讨了石墨烯对于场效应晶体管的影响。
研究认为：与大面积单层石墨烯晶体管相比，由石墨烯纳米带制得的石墨烯场效应晶体管的开关比和电流密度等性能能够大幅度提升，可应用于逻辑电路；与大面积单层石墨烯和石墨烯纳米带相比，双层石墨烯晶体管具有更高的开关比，因此其实际应用的潜力最大。
关键词：石墨烯；场效应晶体管；大面积单层石墨烯；石墨烯纳米带；双层石墨烯片中图分类号：ＴＮ３０４．１；Ｏ６１３．７；ＴＮ３８６ 文献标识码：Ａ 文章编号：１０００－３８１９（２０１４）０４－０３４５－０５Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｏｆ Ｇｒａｐｈｅｎｅ－ｂａｓｅｄ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ ＴｒａｎｓｉｓｔｏｒｓＹＡＮＧ Ｚｈｅｎｇｌｏｎｇ１ ＬＩＵ Ｘｉｎｙａｎ１ ＢＵ Ｙｉｌｏｎｇ１ ＸＵ Ｘｉａｏｌｉ １ ＬＩＵ Ｙｏｎｇｓｈｅｎｇ２（１ Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｃｉｖｉｌ ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＭａｔｅｒｉａｌｓ ｏｆ Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ，Ｔｏｎｇｊｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ，２０００９２，ＣＨＮ）（２ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｓｏｌａｒ Ｅｎｅｒｇｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ，Ｓｈａｎｇｈａｉ，２０００９０，ＣＨＮ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｇｒａｐｈｅｎｅ－ｂａｓｅｄ ｆｉｅｌｄ ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ（ＦＥＴ）ａｒｅ ｍａｉｎｌｙ ｄｉｖｉｄｅｄ ｉｎｔｏ ｔｈｒｅｅ ｔｙｐｅｓ，ｉ．ｅ．ｌａｒｇｅ－ａｒｅａ ｍｏｎｏｌａｙｅｒ ｇｒａｐｈｅｎｅ，ｇｒａｐｈｅｎｅ ｎａｎｏｒｉｂｂｏｎｓ ａｎｄ ｂｉｌａｙｅｒ ｇｒａｐｈｅｎｅ ｓｈｅｅｔｓ．Ｉｎ ｔｈｉｓｒｅｖｉｅｗ，ａ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｓｕｍｍａｒｙ ｉｓ ｐｒｏｖｉｄｅｄ ｆｏｒ ｓｕｃｈ ｔｈｒｅｅ ｔｙｐｅｓ ｏｆ ｇｒａｐｈｅｎｅ－ｂａｓｅｄ ＦＥＴ ｄｕｒｉｎｇｔｈｅ ｌａｓｔ ｅｉｇｈｔ ｙｅａｒｓ．Ｔｈｅ ｉｍｐａｃｔ ｏｆ ｇｒａｐｈｅｎｅ ｏｎ ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｉｎｄｕｓｔｒｙ ｉｓ ａｌｓｏ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ，ａｎｄ ｉｔ ｉｓ ｆｏｕｎｄ ｔｈａｔ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｌａｒｇｅ－ａｒｅａ ｇｒａｐｈｅｎｅ，ｔｈｅ ｇｒａｐｈｅｎｅ ｎａｎｏｒｉｂｂｏｎｓ ｂａｓｅｄ ＦＥＴ ｈａｓｂｅｔｔｅｒ ｏｎ／ｏｆｆ ｃｕｒｒｅｎｔ ｒａｔｉｏ ａｎｄ ｃｕｒｒｅｎｔ ｄｅｎｓｉｔｙ，ａｎｄ ｉｔ ｃａｎ ｂｅ ｕｓｅｄ ｆｏｒ ｌｏｇｉｃ ｃｉｒｃｕｉｔ，ａｎｄ ｔｈａｔｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｌａｒｇｅ－ａｒｅａ ｇｒａｐｈｅｎｅ ａｎｄ ｇｒａｐｈｅｎｅ ｎａｎｏｒｉｂｂｏｎｓ，ｂｉｌａｙｅｒ ｇｒａｐｈｅｎｅ－ｂａｓｅｄ ＦＥＴ ｈａｓｔｈｅ ｈｉｇｈｅｓｔ ｏｎ／ｏｆｆ ｃｕｒｒｅｎｔ ｒａｔｉｏ，ａｎｄ ｉｔ ｏｆｆｅｒｓ ｐｅｒｈａｐｓ ｔｈｅ ｇｒｅａｔｅｓｔ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｆｏｒ ｇｒａ－ｐｈｅｎｅ－ｂａｓｅｄ ｆｉｅｌｄ ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ．Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｇｒａｐｈｅｎｅ；ｆｉｅｌｄ ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；ｌａｒｇｅ－ａｒｅａ ｍｏｎｏｌａｙｅｒ ｇｒａｐｈｅｎｅ；ｇｒａｐｈｅｎｅ ｎａｎｏｒｉｂ－ｂｏｎｓ；ｂｉｌａｙｅｒ ｇｒａｐｈｅｎｅ ｓｈｅｅｔｓＥＥＡＣＣ：２５００；２５２０Ｍ；２５６０Ｒ＊＊＊基金项目：国家高技术研究发展计划资助项目（２０１２ＡＡ０３０３０３）；国家自然科学基金资助项目（１１３７４２０４）；上海市科委基础研究重点资助项目（１２ＪＣ１４０８６００，１２ＪＣ１４０４４００）；上海市“曙光计划”项目（Ｎｏ．１３ＳＧ５２）；同济大学大型仪器设备开放测试基金资助项目（２０１２０１４）联系作者：Ｅ－ｍａｉｌ：ｙａｎｇｚｈｅｎｇｌｏｎｇ＠ｔｏｎｇｊｉ．ｅｄｕ．ｃｎ引 言近年来，石墨烯以它独特的结构和特性吸引了各领域学者的广泛关注［１］。
一种石墨烯场效应晶体管及其制造方法
一种石墨烯场效应晶体管及其制造方法石墨烯场效应晶体管（Graphene Field-Effect Transistor，GFET）是一种基于石墨烯材料制造的晶体管。
石墨烯是一种由碳原子组成的单层二维晶体，具有出色的电子传输性能和独特的物理特性。
石墨烯场效应晶体管利用石墨烯的优异特性，实现了高性能和低功耗的电子器件。
石墨烯场效应晶体管的制造方法主要包括以下几个步骤：1. 石墨烯的制备：石墨烯可以通过机械剥离法、化学气相沉积法、石墨氧化还原法等多种方法制备。
其中，机械剥离法是最早被使用的方法，通过使用胶带将石墨烯从石墨表面剥离得到单层石墨烯。
化学气相沉积法则是在金属衬底上通过化学反应生长石墨烯。
石墨氧化还原法则是通过氧化石墨后还原得到石墨烯。
2. 衬底制备：在制造石墨烯场效应晶体管时，需要选择合适的衬底材料。
常用的衬底材料有硅、石英等。
衬底的选择要考虑到其与石墨烯的相容性以及对器件性能的影响。
3. 石墨烯转移：将制备好的石墨烯从生长表面转移到目标衬底上。
这个步骤可以使用机械剥离法、化学溶液法、热压法等多种方法。
其中，机械剥离法是最常用的方法，通过胶带将石墨烯从生长表面剥离并粘贴到目标衬底上。
4. 电极制备：制备石墨烯场效应晶体管时，需要制备源极、漏极和栅极。
电极的制备可以通过光刻工艺、电子束曝光等方法。
光刻工艺是最常用的方法，通过光刻胶、曝光和显影等步骤在衬底上形成所需的电极形状。
5. 石墨烯通道形成：通过光刻工艺，在石墨烯上形成通道区域。
通道区域是电子传输的主要路径，通过控制通道的形状和尺寸可以调节晶体管的性能。
6. 终端结构形成：在石墨烯场效应晶体管的源极和漏极区域形成终端结构，用于接入外部电路。
7. 清洗和封装：在制造完成后，对器件进行清洗和封装。
清洗可以去除制造过程中产生的杂质和残留物，封装可以保护器件并提供外部引脚。
石墨烯场效应晶体管的制造方法对于实现高性能和低功耗的电子器件具有重要意义。
石墨烯晶体管的加工及测试研究
铁
山西太原 ０ ３ ０ ０ ５ １ ；
（ １ ． 中北大 学 ， 仪器科学与动态测试教 育部重点实验室 ， 电子测试 技术重点实验室 ２ ０ ０ ０ ５ ０ ）
摘要： 石 墨烯 晶体 管因其超 高响应频率和超 小的体积成 为新 一代 半导体基 础器件的发展 趋势。针 对不 同结构 的石墨
２０１ ４仨
仪 表 技 术 与 传 感 器
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２ ０１ ４
Ｎｏ ． ２
第 ２期
石墨 烯 晶体 管 的加 工及 测 试 研究
王永 存 ， 薛晨 阳 ， 刘耀英 ， 田学 东 ， 张 文栋 ， 李
ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ ． Ｇ ｒ ａ ｐ ｈ ｅ ｎ ｅ ｓ ｙ ｎ ｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｚ ｅ ｄ ｂ ｙ ｃ ｏ ｐ ｐ ｅ ｒ — ｃ ａ ｔ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｄ ＣＶ Ｄ ｗｅ ｒ ｅ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｆ ｅ ｒ ｒ ｅ ｄ ｔ ｏ ｉ ｎ ｓ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ ｓ ｕ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｔ ｅ Ｓ ｉ ／ Ｓ ｉ Ｏ ２ ．Ｂ ａ ｃ ｋ ｇ ａ ｔ ｅ ｔ ｒ ａ ｎ —
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石墨烯场效应晶体管参数提取及建模研究
石墨烯场效应晶体管参数提取及建模研究陈荣敏;王研【摘要】现有的传统器件模型已不能完全表征石墨烯场效应晶体管的特性.文中介绍了GFET的器件结构,分析了GFET的工作原理及其基本电特性,提出了基于等效电路思想的小信号模型.模型的参数值来源于晶体管电流-电压和S参数的实测数据,采用测试结构法对模型参数进行提取与分析.并针对栅宽16 μm,栅长150 nm的GFET,将参数初值代入ADS仿真工具中优化仿真,模型S参数与晶体管实测S参数在0.2 ～60 GHz频率范围下对比,表现出良好的一致性,充分验证了模型的可靠性.【期刊名称】《电子科技》【年(卷),期】2017(030)011【总页数】4页(P24-26,30)【关键词】石墨烯;石墨烯场效应晶体管;等效电路;S参数【作者】陈荣敏;王研【作者单位】合肥工业大学光电技术研究院,安徽合肥230009;合肥工业大学光电技术研究院,安徽合肥230009【正文语种】中文【中图分类】TN386石墨烯是碳原子按照六边形排列形成蜂窝状晶体结构，厚度仅为0.335 nm[1]。
石墨烯的机械性能稳定，载流子迁移率>105cm2V-1s-1；饱和速率>108cm·s-1[2] ，这使其成为一种极具潜力的半导体材料[3]。
自从第一个GFET(Graphene FieldEffect Transistor)以来[4]，随着技术的不断成熟，石墨烯独特的导电、吸光、柔性和储能性能使其应用领域逐步扩大。
基于石墨烯材料的倍频器[5]，混频器[6]和放大器[7]均已相继被提出。
另外，石墨烯是一种透明柔性的二维材料，在人体可穿戴设备中也有着广泛的应用前景[8]。
作为微波器件开发的重要组成部分，晶体管的模型研究是必不可少的。
精确的半导体器件模型对于提高射频和微波集成电路设计成功率至关重要。
虽然已经提出了一些关于GFET的物理模型[9]研究，但物理模型不能用于预测石墨烯器件的谐波，GFET的经验等效电路模型较少。