亚10纳米石墨烯纳米带场效应晶体管的性能

本文介绍了对亚10纳米石墨烯纳米带(GNR)进行的实验研究，以探索其作为高性能场效应晶体管(FET)的潜力。

石墨烯基电子器件由于其高载流子迁移率而备受关注。对于主流逻辑应用，需要将石墨烯宽度限制在亚10纳米以内，以便为室温晶体管操作打开足够的带隙。虽然理论预测亚10纳米GNR是半导体，但由于等离子蚀刻图案化低于20纳米的GNR存在挑战，该领域的实验工作一直很少。

在这项工作中，我们研究了亚10纳米GNR和宽GNR (w = 10-60纳米)。所有亚10纳米GNR (共40个)都被发现是半导体，具有足够的带隙，适合在室温下进行晶体管操作。我们仔细使用原子力显微镜(AFM)测量了GNR器件的宽度(经过仔细的尖端尺寸校正)、长度和层数。

我们发现，亚10纳米GNRFET的性能受到GNR边缘质量、声子散射和缺陷的显著影响。通过优化器件结构和制造工艺，我们实现了高达189 cm2/Vs的载流子迁移率，这与小直径碳纳米管的性能相当。

所有亚10纳米GNR均表现出半导体特性，适用于室温晶体管操作。* GNRFET的开态电流密度高达2000 A/μm，开关比超过10^6。* 通过多探针测量，排除了接触电阻的影响，测得的载流子迁移率高达189 cm2/Vs。* 与具有相似沟道长度的碳纳米管FET相比，亚10纳米GNRFET表现出可比的性能。

我们的研究结果表明，亚10纳米GNR是未来纳米电子学的有希望的候选者。未来的工作应侧重于阐明GNR边缘的原子结构，并将其与GNRFET的性能相关联。还需要集成超薄高k电介质和更积极的沟道长度缩放，以实现更好的静电、更高的Ion和理想的亚阈值斜率。

这项研究为开发基于石墨烯纳米带的高性能纳米电子器件开辟了新的可能性。GNRFET在低功耗电子、高频应用和传感器等领域具有巨大的应用潜力。