中国科学院 器件设计和制造
非晶硅锗晶体管是由硅薄膜、单层石墨烯和阿格衬底直接堆叠而成
硅锗晶体管的光学图像(比例尺:20微米)
石墨烯上硅薄膜的扫描电子显微镜图像(比例尺:4微米)
晶体管横截面示意图
说明晶体管的基本工作原理
信用:自然交流 1947年，第一个晶体管——双极结型晶体管(BJT)在贝尔实验室被发明出来，从此开启了信息技术时代
近几十年来，BJT一直要求更高的工作频率，这导致了诸如异质结双极晶体管(HBT)和热电子晶体管(HET)等新器件的发明
HBT已经实现了太赫兹操作，但是它们的截止频率最终受到基本传输时间的限制；对于异质结晶体管，对没有针孔和低基极电阻的薄基极的要求通常会导致材料选择和制造上的困难
最近，研究人员提出石墨烯作为晶体管的基础材料
由于原子的厚度，石墨烯基底对电子传输几乎是透明的，导致基底渡越时间可以忽略不计
同时，与薄的体材料相比，石墨烯的显著高的载流子迁移率将有利于基极电阻
石墨烯晶体管通常使用隧道发射器，通过绝缘体发射电子
然而，发射极势垒高度严重限制了截止频率
理论研究表明，肖特基发射极可以解决这种势垒限制
中国科学院金属研究所的一组研究人员建造了第一个基于石墨烯的肖特基发射极晶体管，这是一种硅-石墨烯-锗晶体管
利用半导体薄膜和石墨烯转移，该团队堆叠了三种材料，包括n型顶部单晶硅薄膜、中间单层石墨烯(Gr)和n型底部锗衬底
与以前的隧道发射器相比，硅锗肖特基发射器的导通电流显示出最大的导通电流和最小的电容，导致延迟时间短1000多倍
因此，晶体管的α截止频率预计将从使用先前隧道发射极的约1兆赫增加到使用当前肖特基发射极的1千兆赫以上
使用理想器件的紧凑模型可以实现太赫兹工作
工作晶体管的电学行为和物理活动在《自然通讯》上发表的论文中有详细讨论
随着进一步的工程化，垂直半导体-石墨烯-半导体晶体管由于具有原子厚度、高载流子迁移率和肖特基发射极的高可行性的优点，在未来的三维单片集成中具有高速应用的前景
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