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新型二维材料石墨烯凭借极高的载流子迁移率、超宽的光谱响应和极易可调的光电响应等优良特性,成为了微电子和光电子领域的前沿研究热点。本论文围绕石墨烯场效应晶体管(GFET)和石墨烯光电探测器(GPD)开展新型射频器件及集成化芯片的研究,旨在为新一代信息技术的发展贡献力量。论文首先研制了基于新型埋栅技术的GFET和GPD。提出了石墨烯埋栅技术和重掺硅埋栅技术,并且实现了基于两种埋栅技术的GFET。借助重掺硅埋栅,在石墨烯中引入了PN结,实现了零偏压下光电流可调的GPD。新型埋栅技术的引入,提高了栅压对石墨烯的控制能力,同时避免了对石墨烯造成损伤,具有提高石墨烯基器件性能的潜力。其次,论文研制了基于GFET的新型倍频器件。首次利用单只GFET分别实现了三倍频器和四倍频器。选择表面镶嵌有石墨烯微晶的石墨烯作为GFET沟道材料,实现了高纯度(94%)的三倍频。利用双栅GFET实现了倍增因子可调的倍频器,通过选择不同工作区能够分别实现二、三、四倍频功能。另外,论文研制了基于GPD的新型光电混频器件。通过在GPD中引入非对称形状的电极,实现了对入射光功率的非线性光电响应。借助这种非线性GPD,完成了两路强度调制光信号直接混频。这项研究在实验上证实了利用光信号直接调制解调光信号的可行性,可大大简化通信系统中光电转换接口,为下一代高速即时通信技术提供新方案。最后,论文研究了基于石墨烯的三维(3D)集成光接收机芯片。开发了CMOS兼容后工艺,并在硅基集成电路(IC)芯片表面制备GPD。利用IC芯片放大和处理GPD所产生的光电流,能够在不牺牲GPD宽带、高速光响应优良特性的同时,大幅提高GPD的光灵敏度。论文工作研制出了有潜力被同时应用于长距离和短距离光通信系统的3D集成宽带光接收机原型芯片。本文在工艺层面实现了基于新型埋栅技术的GFET和GPD,在器件层面实现了基于GFET的新型倍频器和基于GPD的新型光电混频器,在芯片层面实现了基于石墨烯的3D集成光接收机芯片。本论文工作基于新型二维材料石墨烯,研究了不同层面与之相关的特性。所得到的系列成果,将有益于相关研究的发展及应用。