石墨烯(Graphene)是单原子厚的一层石墨碳,有可能使消费者电子产品更快更小。但这种具有独特性能以及缩小尺寸的电子产品,也使石墨烯难以在制造和生产上扩大规模。
在2010年9月,加州大学洛杉矶分校(UCLA)的研究小组报告说,他们已经克服了一些困难,可以制造石墨烯晶体管,具有无与伦比的速度。这些晶体管使用纳米线作为自对准栅(self-aligned gate),这个元件可切换晶体管的各种状态。但这种方法的可扩展性仍然是一个悬而未决的问题。
现在,研究人员利用的设备来自加州大学洛杉矶分校纳米电子研究机构(Nanoelectronics Research Facility)和高频率电子学研究中心,他们报道,已经开发出一种可扩展的方法,可以制造这些高速石墨烯晶体管。
该小组使用一种双向电泳装配方法(dielectrophoresis assembly approach),精确配置纳米线门阵列(nanowire gate array),采用大面积化学气相沉积(chemical vapor deposition)生长石墨烯,而不是机械剥离石墨烯片,这就可以合理制造高速晶体管阵列。他们能够做到这一点,在玻璃基板上,最大限度地减少寄生延误(parasitic delay),使石墨烯晶体管的外在截频(extrinsic cut-off frequencies)超过50千兆赫(GHz)。典型的高速石墨烯晶体管的制备是采用硅或半绝缘碳化硅(silicon carbide)基板,往往会逸出电荷,带来的外在截频率10 千兆赫或更低。
采取另外的步骤,加州大学洛杉矶分校的团队能够利用这些石墨烯晶体管,制造射频集成电路(radio-frequency circuits),功能高达10千兆赫,这是一个实质性改善,超过以前报道的20兆赫。
这项研究开辟了一条合理的途径,可扩大制造高速、自对准石墨烯晶体管和功能电路,第一次展示的这种石墨烯晶体管,实际(外在)截止频率超过50 千兆赫。
这代表了一项重大进步,迈向基于石墨烯的射频集成电路(radio-frequency circuits),可用于各种设备,包括收音机,电脑和手机。该技术也可用于无线通信、成像和雷达技术。
这项研究最近发表于同行评审杂志《纳米快报》(Nano Letters)。
加州大学洛杉矶分校研究小组成员包括段祥丰(Xiangfeng Duan),他是化学和生物化学教授,黄瑜(Yu Huang)是亨利•萨穆里工程和应用科学学院(Henry Samueli School of Engineering and Applied Science)材料科学和工程助理教授;还有廖磊(Lei Liao),白经纬(Jingwei Bai),陈芮(Rui Cheng),周海龙(Hailong Zhou),刘立新(Lixin Liu)和柳苑(Yuan Liu)。段祥丰和黄瑜也是加州大学洛杉矶分校加州纳米技术研究院(California NanoSystems)的研究人员。
大规模制造石墨烯晶体管
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