随着硅器件按比例缩小越来越接近极限,人们都在考虑尝试新材料来代替硅的全部或部分功能,从而制备新的半导体器件。而石墨烯自2004年发现以来,由于其表现出了高硬度、高迁移率等优异的性能,很多研究者将其视为可以替代硅的候选材料之一。石墨烯场效应晶体管(GFET)的各方面特性都引起了大家的关注,随着研究的深入,发现还有一些问题需要解决,比如,石墨烯零带隙的特点,使得晶体管开关比较低;石墨烯具有超高的比表面积,使得GFET性能容易受外界环境影响;GFET的沟道尺寸对电学性能的影响因素还没有完全探究清楚等。针对以上问题,本文从实现高开关比GFET、探究GFET受外界环境和测试条件影响规律、探究沟道尺寸对电学性能影响的角度对GFET进行了研究。具体内容如下:1.依托电子薄膜与集成器件国家重点实验室微细加工平台,研究了光刻、干法刻蚀、电子束蒸发、氧化扩散等工艺,制备了全背栅、埋栅和顶栅结构的GFET。测试了三种结构GFET的制备过程和典型的电学性能。分析了几种结构GFET各自的特点和常见的应用范围。2.用半导体平面工艺制备了一种高开关比的石墨烯场效应晶体管。此晶体管以天然氧化铝为栅介质,采用了埋栅结构,开关比达到了10~5。并且对高开关比现象进行了相应的解释。3.开展了GFET受外界环境影响的研究。发现石墨烯晶体管在真空中加热以后,导电沟道中的P型杂质减少,器件的迁移率提高;在大气中加热时,杂质和迁移率的变化趋势相反。表面覆盖有天然氧化铝的石墨烯制备成晶体管以后,在大气中放置一个月,P型杂质减少,迁移率提高,说明天然氧化铝对石墨烯起到了保护作用,对此现象,我们从铝原子继续氧化的方面进行了解释。4.开展了GFET迟滞效应的研究。分别以氧化硅、氧化铪和非晶硅作为栅介质制备了石墨烯晶体管,观察了他们的迟滞效应。发现以氧化硅、氧化铪为栅介质GFET的狄拉克点电压的大小,和狄拉克点出现以前栅压的大小和高压逝去时间的长短有关。栅压越大,扫描时间越长,狄拉克点电压越大;反之,越小。以非晶硅为栅介质的石墨烯晶体管,出现了相反的现象,栅压越大,扫描时间越长,狄拉克点电压越小。经过分析以后,归因于非晶硅的疏水性、表面的氢原子和硅-氢键。5.开展了GFET沟道尺寸对电学性能影响的研究。制备了源漏间距相同、栅长不同的GFET,发现栅长较长时,器件跨导较大,把此现象归因于栅调制面积较大。制备了源漏间距不同,栅长相同的石墨烯晶体管,发现源漏间距较长时,器件跨导较小,归因于栅和源漏之间的串联电阻影响了器件的跨导。制备了以硅为栅电极的GFET,提出了硅栅自对准结构的GFET以缩短栅和源漏之间的距离。