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石墨烯场效应管的性能与顶栅介质和衬底的材料有关。目前,栅介质的电学性能及其与石墨烯间的界面特性是制约器件性能提升的关键,所以本次工作针对目前顶栅结构石墨烯场效应晶体管其栅介质对器件的影响,重点开展了对石墨烯场效应管栅介质的制备和性能进行了研究,对氧化铝栅介质制备的关键工艺的方法进行了优化,进一步提高了氧化铝栅介质的电学性能。另外,六方氮化硼(Boron Nitride,BN)具有与石墨烯相似的原子结构,二维平面结构也使该材料具有超平坦表面,而且表面没有悬挂键和电荷陷阱。在室温下h-BN上石墨烯中载流子迁移率很高,h-BN作为衬底和栅介质在提高石墨烯场效应晶体管射频特性上有很大优势。本文结合已有的器件实验结果利用silvaco TCAD对氮化硼/石墨烯/氮化硼结构的石墨烯场效应晶体管进行模型构建,以对其机制进行研究。本论文的核心内容如下:1)在石墨烯上采用一种预先水处理ALD生长的方法以提高氧化铝的致密性。通过预先水处理ALD工艺过程的设计,对其进行了优化,得到了在石墨烯上生长的氧化铝粗糙度更小的结果,另外,采用了一种铜网硬掩膜蒸发金属的方法对击穿特性和漏电进行了测试,用以对氧化铝致密性进行评判,漏电比常规方法小1个数量级,结合粗糙度结果,表明生长更为致密。2)研究了一种使用铝种子层辅助在硫化钼表面生长氧化铝的方法,这种方法更加有效,并可以在多种二维材料上使用。在硫化钼上生长后与预先水处理方法对比,介质漏电大小有4个数量级左右的降低,并得到击穿电场为8MV/cm的结果,足以使氧化铝用来制作顶栅结构的场效应管或者其它种类器件。3)由于氮化硼作栅介质和衬底的优势,本文对BN/graphene/BN结构的场效应晶体管从仿真的角度进行了研究,通过silvaco TCAD构建氧化硅衬底的石墨烯场效应晶体管仿真模型,然后在这基础上修正建立了BN/graphene/BN结构的场效应晶体管的仿真模型,对其进行模拟,分析,得到不同偏压下的输出特性和转移特性曲线,得到寄生电容和电阻随栅压变化的结果和射频特性。通过仿真结合实验的结果研究了BN材料作为石墨烯栅介质和衬底时,石墨烯场效应晶体管具体的散射机制。本文在改善二维材料场效应晶体管栅介质性能方面,取得了一定的成果,并通过仿真的方式研究了场效应器件的输出特性,这对石墨烯器件及二维材料的场效应晶体管性能提升有一定指导意义。