Design Considerations for 2D Dirac-Source FETs: Device Parameters, Non-Idealities and Benchmarking
通过利用石墨烯的狄拉克锥作为低通能量过滤器，狄拉克源场效应晶体管（DS-FET）已被提出作为低功率开关器件的有希望的候选器件。特别地，使用二维（2D）材料作为DS-FET中的沟道对于最终缩放目的是有意义的。在本文中，我们调查的设计考虑2D DS-FET使用弹道仿真的基础上Landauer形式主义。我们研究了几个关键器件参数对器件性能的影响，如石墨烯掺杂，肖特基势垒高度和2D沟道的有效质量。此外，我们还研究了非理想性对DS-FET性能的影响，如石墨烯无序和再热，以及减轻它们的方法。最后，我们对不同沟道材料的DS-FET的性能进行了基准测试，为正确选择2D DS-FET的材料提供了指导。
2022-03-21 cond-mat.mes-hall
Valley-based FETs in graphene
研究了Datta-Das自旋FET的模拟物，其是全石墨烯并且基于电子/空穴的谷自由度。所设想的“谷FET”由夹在两个扶手椅型石墨烯纳米带（源极和漏极）之间的带隙石墨烯（沟道）的量子线组成，具有与自旋FET的以下对应关系：谷（K和K '）\leftrightarrow自旋（上下）、扶手椅型石墨烯纳米带\leftrightarrow铁磁电极、石墨烯量子线\leftrightarrow半导体量子线、谷-轨道相互作用\leftrightarrow Rashba自旋-轨道相互作用。该装置的工作原理如下。源极（漏极）以特定的谷极化注入（检测）载流子。栅极电场被施加到沟道，并且由于谷-轨道相互作用而调制载流子的谷极化，从而控制在漏极处收集的电流量。谷FET的特征在于：i）电极和沟道之间的平滑界面，ii）用于漏极电流的电控制的强谷轨道相互作用，以及iii）消失的带间谷翻转散射。通过与自旋FET的类比，谷FET为开发用于石墨烯基纳米电子学的低功率FET提供了一个潜在的框架。
2012-12-27 cond-mat.mes-hall
Quantifying the effect of ionic screening with protein-decorated graphene transistors
生物分子修饰场效应晶体管（FET）的液体应用范围从生物传感器到体内植入物。一个关键的科学挑战是发展一个定量的了解带电的生物分子在离子溶液中的门控效应，以及如何影响FET的读出。为了解决这个问题，我们制造了蛋白质修饰的石墨烯FET，并测量了它们的电学特性，特别是在不同离子强度的溶液中狄拉克电压的变化。我们发现了极好的定量协议与一个模型，该模型考虑了石墨烯极化电荷和吸附在石墨烯上的离子的离子屏蔽以及与固定化蛋白质相关的带电氨基酸。本文提出的技术和分析直接将结合的生物分子的充电状态耦合到用石墨烯或其他二维材料制造的液相FET的读出。
2017-08-29 cond-mat.mes-hall
Boosting the voltage gain of graphene FETs through a differential amplifier scheme with positive feedback
我们研究了一种可能的电路解决方案，以克服短沟道石墨烯FET的低电压增益的问题。该电路由一个全差分放大器和一个由交叉耦合晶体管对构成的负载组成。从自洽弹道量子输运模拟获得的器件特性开始，我们探索电路参数空间，并评估放大器的直流电压增益和电压增益带宽方面的性能。我们发现，直流增益可以有效地提高由交叉耦合对提供的负微分电阻。接触电阻是实现太赫兹范围内的增益带宽产品的主要障碍。所提出的放大器的局限性是确定其线性度差和相对较大的米勒电容。
2014-08-23 cond-mat.mes-hall
Current Status of Graphene Transistors
本文综述了石墨烯晶体管作为硅CMOS技术的潜在补充的现状。石墨烯制造和计量方法的简短概述之后是宏观石墨烯场效应晶体管（FET）的介绍。的能量带隙的情况下示出的逻辑应用程序导致严重的缺点。在石墨烯FET中设计带隙的可能性包括石墨烯纳米带（GNRs）中的量子限制以及双层和多层石墨烯中的电或衬底诱导的不对称性。石墨烯FET显示出对模拟射频应用感兴趣。最后，石墨烯晶体管中的新型开关机制进行了简要介绍，可能会导致未来的存储设备。
2009-11-24 cond-mat.mes-hall
Coulomb electron drag mechanism of terahertz plasma instability in n+-i-n-n+ graphene FETs with ballistic injection
我们预测了横向n+-i-n-n+$石墨烯场效应晶体管（G-FET）中由于等离子体不稳定性引起的太赫兹（THz）振荡的自激发。这种不稳定性与注入的弹道电子对栅控沟道中准平衡电子的库仑拖曳有关，导致放大的拖曳电子电流和注入电流之间的正反馈。当拖曳效应足够强时，等离子体激发出现。拖曳效率和等离子体频率由准平衡电子费米能量（即，其密度）。太赫兹等离子体振荡自激发的条件可以在室温下实现具有现实结构参数的G-FET中，使得潜在的基于G-FET的辐射源能够用于太赫兹应用。
2021-06-29 cond-mat.mes-hall
RF Performance Projections of Graphene FETs vs. Silicon MOSFETs
石墨烯场效应晶体管（GFET）模型与提取的设备参数校准和商业65 nm硅MOSFET模型进行比较，其射频行为。尽管GFET的迁移率更高，但在速度方面仍略落后于CMOS。这是违反直觉的，但可以解释为一个强非线性的电压依赖性栅极电容的效果。GFET仅在VDS和IDS的窄范围内实现其最大性能，这在电路设计中必须仔细考虑。对于我们的参数集，GFET至少需要μ = 3000 cm 2 V-1 s-1才能实现与65 nm硅MOSFET相同的性能。
2012-09-04 cond-mat.mes-hall
Phase- and angle-sensitive terahertz hot-electron bolometric plasmonic detectors based on FETs with graphene channel and composite h-BN/black-P/h-BN gate layer
本文提出基于石墨烯沟道FET和黑磷或复合h-BN/黑磷/h-BN栅层的太赫兹测辐射热矢量探测器，利用源漏相位差调控等离子体共振，实现相位和角度敏感探测。
2023-10-15 cond-mat.mes-hall
Simulation of Graphene Nanoribbon Field Effect Transistors
基于非平衡格林函数形式主义和紧束缚哈密顿量中具有开放边界条件的3D泊松和薛定谔方程的自洽解，提出了石墨烯纳米场效应晶体管（GNR-FET）的原子三维模拟。相对于碳纳米管FET，GNR-FET表现出相当的性能，降低了对沟道手性变化的敏感性，以及由于带到带隧穿引起的类似泄漏问题。可接受的晶体管性能需要1- 2nm的有效纳米晶宽度，这可以用周期性蚀刻图案或应力图案获得。
2008-01-07 cond-mat.mes-hall
Inhomogeneous screening of gate electric field by interface states in graphene FETs
利用扫描隧道显微镜获得的局域隧道谱的背栅电压依赖性研究了石墨烯-SiO $_2$界面的电子态及其不均匀性。电导谱显示两个，或偶尔三个，最小值，沿偏置电压轴与背栅电压。这种演变是使用尖端门控和界面状态建模。能量依赖的界面态的密度，$D_{it}(E)$，需要模拟背栅演化的最小值，被发现有显着的不均匀性，在其能量宽度。宽的$D_{it}(E)$导致类似于费米速度降低的效应，而窄的$D_{it}(E)$导致费米能量钉扎在狄拉克点附近，如在某些地方所观察到的，这是由于窄的$D_{it}(E)$增强了栅极电场的屏蔽
2016-12-31 cond-mat.mes-hall
Inelastic Phonon Scattering in Graphene FETs
通过数值求解三维实空间和相空间（x，kx，ky）中的Boltzmann输运方程，研究了石墨烯场效应晶体管（FET）中的非弹性声子散射.由于双极输运同意与实验观察到的扭结行为。虽然在早期的研究中，低场行为以前主要归因于弹性杂质散射，但在研究中发现，在最近的石墨烯FET实验中，即使是低场迁移率也会受到非弹性声子散射的影响，这些实验报告了高迁移率。由于FET被偏置在饱和状态，在器件的源极端的平均载流子注入速度被发现在宽电压范围内相对于所施加的栅极电压保持几乎恒定，这导致与更简单的模型预测的相比显著改善的晶体管线性度。良好的线性度的物理机制进行了解释，显示了模拟电子应用的石墨烯FET的潜力。
2011-07-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Improved performance of graphene transistors by strain engineering
通过数值模拟，我们研究了单轴应变对应变石墨烯异质结输运特性的影响，并探索了利用这些异质沟道实现石墨烯晶体管良好性能的可能性。结果表明，由于应变引起的石墨烯能带结构的变形，在应变结中可以打开有限的导电带隙。这些异质沟道，然后证明显着改善石墨烯场效应晶体管（FET）的操作。特别地，通/断电流比可以达到超过10 $^5$的值。在石墨烯普通FET中，尽管与未应变器件的情况相比减小了，但是在可以获得良好的电流饱和的同时，仍然很高。这导致对于80 nm的栅极长度的高电压增益和几百GHz的高过渡频率。在石墨烯隧穿FET中，观察到低于30 mV/dec的亚阈值摆幅、强非线性效应，例如栅极可控负微分电导和电流整流。
2013-12-20 cond-mat.mes-hall
Straightforward Bias and Frequency Dependent Small-Signal Model Extraction for Single-Layer Graphene FETs
我们提出了一个明确的小信号石墨烯场效应晶体管（GFET）的参数提取过程的基础上，基于电荷的准静态模型。小信号参数对栅极电压和频率的依赖性通过300 nm器件的高频（高达18 GHz）晶圆测量精确验证。这些参数的研究同时进行，与其他作品只专注于少数。有效的程序已被应用到GFET的第一次，以消除接触和栅极电阻的Y参数。这些方法的使用产生直接的方程提取的小信号模型参数，这是非常有用的射频电路设计。此外，我们第一次显示实验验证与栅极电压和频率的固有GFET非互易电容模型。精确的模型也提出了门电压依赖的测量单位增益和最大振荡频率，以及电流和功率增益。
2023-02-09 cond-mat.mes-hall
Understanding the Bias Dependence of Low Frequency Noise in Sin-gle Layer Graphene FETs
这封信研究了单层石墨烯场效应晶体管的偏置相关低频噪声。噪声测量已经用电解质栅控石墨烯晶体管进行，其覆盖用于不同沟道长度的宽范围的栅极和漏极偏置条件。本文提出了一种新的分析模型，占本地噪声源在信道中的终端电流和电压的传播调查噪声偏置的依赖性。载流子数和迁移率的波动被认为是低频噪声的主要原因，这些机制有助于噪声的偏置依赖性的方式进行了分析。通常，石墨烯器件中的归一化低频噪声通常被示出为遵循M形依赖于栅极电压，在电荷中性点（CNP）附近具有最小值。我们的工作首次揭示了这种栅极依赖性和残余电荷之间的强相关性，这是相关的在这个特定的偏置点附近。我们讨论了如何在较高的漏极电压的石墨烯沟道中的电荷不均匀性可以有助于低频噪声，因此，沟道区域附近的源极和漏极端子被发现占主导地位的栅极偏置接近CNP的总噪声。在所有偏置条件下，实验数据与分析模型的预测之间的良好一致性证实，必须同时考虑两个基本的1/f噪声机制，即载流子数和迁移率波动，以正确理解石墨烯FET中的低频噪声。所提出的解析紧凑模型可以很容易地实现和集成在电路仿真器中，这对于基于石墨烯的电路设计具有重要意义。
2018-10-19 cond-mat.mes-hall
Electronic Poiseuille Flow in Hexagonal Boron Nitride Encapsulated Graphene FETs
石墨烯中的电子-电子相互作用足够强以诱导相关和动量守恒的流动，使得载流子的行为类似于经典流体的哈根-普瓦莱流动。在目前的工作中，我们研究了高迁移率石墨烯FET中这种粘性电荷流的电子签名。在两个互补的测量方案，我们监测不同的沟道宽度和不同的有效电子温度的石墨烯的微分电阻。通过结合这两种方法，在从178 K开始并延伸到室温的温度范围内验证了粘性效应的存在。我们的实验研究结果得到了石墨烯通道的有限元计算的支持，这也为表现出增加的粘性效应的器件几何形状提供了设计指南。室温附近粘性效应的存在为功能性流体动力装置开辟了途径，例如几何整流器，如特斯拉阀和基于电子文丘里效应的电荷放大器。
2022-11-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Charge transport mechanism in networks of armchair graphene nanoribbons
在石墨烯纳米带（GNR）中，载流子的横向限制打开了带隙，这是实现新型石墨烯基电子器件的关键特征。GNRs的成功合成引发了实现基于单带的场效应晶体管（FET）的努力。尽管取得了很大进展，但可靠和可重复的单带FET制造仍然是一个挑战，阻碍了电荷传输的应用和理解。在这里，我们提出了基于纳米带网络的扶手椅GNR-FET的可重复制造，并使用9个原子宽，特别是具有前所未有的导电性的5个原子宽GNRs分析电荷传输机制。我们表明，形成可靠的欧姆接触和产量的功能FET接近统一的GNRs层压在电极上。在网络中的载流子运输的建模表明，这个过程是由核隧穿介导的带间跳跃，跳跃长度与GNRs的物理长度相当。此外，我们证明了核隧穿是一个一般的电荷传输特性的GNR网络，通过使用两个不同的GNR。通过网络克服低产率单带晶体管的挑战并确定相应的电荷传输机制，使基于GNR的电子器件处于一个新的视角。
2018-06-04 cond-mat.mes-hall
Ultra-steep slope cryogenic FETs based on bilayer graphene
针对低温MOSFET亚阈值斜率受界面缺陷限制的问题，研究制备了六方氮化硼封装、石墨栅极的Bernal堆叠双层石墨烯FET，在0.1K下实现250μV/dec的超低反向亚阈值斜率，接近玻尔兹曼极限，为低功耗低温量子控制电子器件提供了新方案。
2024-08-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Bias-dependent intrinsic RF thermal noise modeling and characterization of single layer graphene FETs
本文通过实验观察和紧凑建模，深入研究了单层石墨烯场效应晶体管（GFET）本征沟道热噪声的偏置依赖性。研究结果表明，随着漏电流的增加，而在很高的载流子密度制度的饱和趋势观察到的特定噪声的增加。此外，在较高的电场下，短沟道效应如速度饱和也会导致噪声的增加。这项工作的主要目标是提出一个基于物理的紧凑模型，占和准确地预测上述实验观察短沟道GFET。与之前采用的基于长沟道MOSFET的模型来描述石墨烯器件中的热噪声而不考虑石墨烯的简并性质相反，在这项工作中，提出了一种用于短沟道GFET的模型，该模型包含2D材料的物理基础并包括偏置依赖性。实现的模型进行了验证，从两个短沟道器件在准静态操作区域的去嵌入高频数据。该模型精确地描述了一个广泛的低到高的漏电流值的实验数据，而不需要任何拟合参数。此外，石墨烯的简并性质的考虑揭示了与非简并情况相比噪声的显著降低，并且模型准确地捕获了这种行为。这项工作也可以从电路设计师方面最重要的意义，因为噪声过剩因子，一个非常重要的品质因数RF电路的实现，是第一次在石墨烯晶体管的定义和特点。
2021-06-16 cond-mat.mes-hall
Transport Properties of Graphene Nanoribbon Transistors on Transport Properties of Graphene Nanoribbon Transistors on Chemical-Vapor-Deposition Grown Wafer-Scale Graphene
石墨烯纳米晶体管（GNR）场效应晶体管（FET）的宽度低至12 nm，已经通过电子束光刻使用晶圆级化学气相沉积（CVD）工艺来形成石墨烯。GNR FET的漏极电流调制在300 K时约为10，在4 K时增加到近106。最小电流的强温度依赖性表明CVD生长的GNR-FET的带隙开放。通过微分电导法估计提取的带隙为约0.1 eV。这项工作突出了CVD生长的大面积石墨烯的发展，并展示了纳米晶体管中带隙的开放。
2012-04-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Graphene field-effect-transistors with high on/off current ratio and large transport band gap at room temperature
石墨烯因其优异的电子性能而被认为是未来纳米电子学的一个有前途的候选者。不幸的是，由于不存在带隙，石墨烯场效应晶体管（FET）不能有效地关断，导致在顶栅石墨烯FET中通常约为5的开/关电流比。另一方面，理论研究和光学测量表明，在双层石墨烯中，垂直电场可以产生高达几百meV的带隙。尽管先前在双层石墨烯晶体管中的载流子传输测量确实指示在低于1开尔文的温度下的栅极诱导绝缘状态，但是电（或传输）带隙估计为几meV，并且双层石墨烯FET中的室温开/关电流比保持与单层石墨烯FET中的那些相似。在这里，我们第一次报告了在室温和20 K下，我们的双栅双层石墨烯FET的开/关电流比分别约为100和2000。在平均电位移为2.2 V/nm和1.3 V/nm时，我们还测量了>130和80 meV的电带隙。该演示揭示了双层石墨烯在数字电子学、赝自旋电子学、太赫兹技术和红外纳米光子学等应用中的巨大潜力。
2010-01-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Negative differential resistance in graphene-based ballistic field effect transistor with oblique top gate
在具有倾斜顶栅的基于石墨烯的弹道场效应晶体管（FET）中已经观察到室温峰谷比为8的负微分电阻（NDR）。在从通过CVD生长的4英寸石墨烯晶片切割的芯片上制造具有45度的顶栅倾斜角和400 nm的漏极-源极距离的石墨烯FET。从60个测量的设备中，仅在CVD石墨烯显示无缺陷单层的拉曼特征的区域中观察到NDR。在晶片上的其他特定位置，其中石墨烯质量不够高并且拉曼特征指示存在缺陷，输运的弹道特性丧失并且石墨烯FET显示出由顶栅电压和背栅电压调谐的非线性漏极电压依赖性。
2014-05-25 cond-mat.mes-hall
Room Temperature All Semiconducting sub-10nm Graphene Nanoribbon Field-Effect Transistors
系统研究了亚10 nm宽石墨烯纳米晶体管场效应晶体管（GNRFFET）。所有亚10 nm GNR无一例外地提供了半导体FET，其Ion/Ioff比高达10^6，通态电流密度高达~ 2000 uA/um。我们估计载流子迁移率~ 200 cm 2/Vs和散射平均自由程~ 10 nm的亚10 nm GNRs。讨论了边缘、声子和缺陷的散射机制。亚10 nm的GNRFFET在通态电流密度和Ion/Ioff比方面与具有Pd接触的小直径（d<=~1.2nm）碳纳米管FET相当，但具有制造全半导体器件的优势。
2008-05-03 cond-mat.mes-hall
Scalability of Atomic-Thin-Body (ATB) Transistors Based on Graphene Nanoribbons
本文给出了原子薄体场效应晶体管静电势的一般解。从解析模型中提取有效静电缩放长度λeff，其不能像传统的SOI-MOSFET那样由最低阶本征模近似。提出了依赖于几何参数的缩放长度的经验公式。研究表明，即使对于厚的SiO2背氧化层，也可以通过更薄的顶部氧化层厚度（并且在一定程度上使用高k电介质）有效地提高λeff。然后，该模型应用于自洽模拟石墨烯纳米晶体管（GNR）肖特基势垒场效应晶体管（SB-FET）在弹道极限。在GNR SB-FET的情况下，对于大的λeff，缩放受到传统静电短沟道效应（SCE）的限制。另一方面，对于小的λeff，缩放受到直接源极到漏极隧穿的限制。在GNR SB-FET中，低于100 mV/dec的亚阈值摆幅在低于10 nm的栅极长度下仍然是可能的。
2010-04-30 cond-mat.mes-hall
Graphene-protein bioelectronic devices with wavelength-dependent photoresponse
我们实现了石墨烯场效应晶体管（FET）和可溶性蛋白质之间的纳米电子接口。这使得能够生产结合生物分子和无机组分的功能的生物电子器件。该方法用于使用标签本身将多组氨酸标记的蛋白质连接到石墨烯FET。原子力显微镜和拉曼光谱提供的生物/纳米混合结构的理解，电流栅电压测量用于阐明的电子特性。作为一个应用实例，我们用荧光蛋白官能化石墨烯FET，以产生对蛋白质的光吸收光谱所定义的波长的光响应的杂化物
2011-12-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Input referred low-frequency noise analysis for single-layer graphene FETs
输入相关低频噪声（LFN）SVG的偏置依赖性是RF电路设计的一个重要方面。SVG在硅晶体管中被认为是恒定的，但这与最近的实验和理论研究相矛盾。在这封信中，SVG的行为研究单层石墨烯晶体管的基础上最近建立的基于物理的完整紧凑的LFN模型。SVG的最小值记录在偏置点处，最大值位于偏置点处，该偏置点与归一化输出LFN的众所周知的M形的峰值重合，并且模型精确地捕捉到这一趋势。迁移率波动效应使SVG朝向电荷中性点（CNP）附近的较低电流增加，而载流子数波动和串联电阻效应主要贡献远离CNP;因此，SVG获得与CMOS器件类似的抛物线形状与栅极电压。
2021-04-30 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
An extended low-frequency noise compact model for single-layer graphene FETs including correlated mobility fluctuations effect
本文提出了一种考虑相关载流子波动效应的单层石墨烯场效应晶体管低频噪声紧凑模型，并通过实验数据验证了其有效性。
2025-12-09 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
High-performance controllable ambipolar infrared phototransistors based on graphene-quantum dot hybrid
场效应晶体管（FET）对红外线具有107 A/W的灵敏度，并且石墨烯/ PbS量子点（QD）杂化材料的迁移率有很大提高。这些报道的晶体管是单极或耗尽型器件。在本文中，我们提出并制备了可控石墨烯/ PbS量子点混合场效应晶体管。通过对双极型场效应晶体管的电学和光电性能的研究，在第一象限和第三象限中，通过将栅极电压（VG）提高到3.7V和-0.8V，可以使双极型场效应晶体管（常关断）导通。在这些阈值（VT）附近，每种载流子物质显示出相当的迁移率（~ 300 cm 2 V-1 s-1）。光响应度在每个阈值附近达到~ 107 A/W，并且随（VG-VT）线性增加。这些混合场效应晶体管以其低成本、大面积、低能耗和高性能成为柔性集成电路器件中极具竞争力的候选器件。
2014-10-09 cond-mat.mes-hall physics.ins-det
Dual Origin of Room Temperature Sub-Terahertz Photoresponse in Graphene Field Effect Transistors
由于石墨烯$'$优异的电子迁移率，石墨烯被认为是用于高达太赫兹（THz）范围的高频辐射检测器的有前途的平台。先前已经表明，石墨烯场效应晶体管（FET）由于热电和/或等离子体波整流而对入射的THz辐射表现出室温宽带光响应。这两种效应表现出类似的功能依赖于栅极电压，因此，它被发现是很难解开这些贡献在以前的研究。在这封信中，我们报告了在不同温度下分析的石墨烯场效应晶体管的亚太赫兹响应的实验和理论研究。这种温度依赖性的研究使我们能够揭示光热电效应，pn结整流，和等离子体激元整流中的石墨烯FET的亚太赫兹光响应的作用。
2018-03-19 cond-mat.mes-hall
ReS2/h-BN/Graphene Heterostructure Based Multifunctional Devices: Tunnelling Diodes, FETs, Logic Gates & Memory
我们研究了一个二维（2D）异质结构组成的几层直接带隙ReS 2，一个薄的h-BN层和单层石墨烯应用于各种电子器件。具有二维（2D）范德华（vdW）异质结构的金属-绝缘体-半导体（MIS）型器件最近被研究为实现模拟和数字电子学中的各种多功能器件应用的重要组件。ReS 2/h-BN/graphene隧道二极管具有理想因子低、电特性与温度无关的光调谐整流特性。这些器件的性能类似于用于逻辑门应用的传统MIS型隧道二极管。此外，类似的垂直异质结构被示出为在具有低阈值电压的场效应晶体管和具有大存储器栅极的存储器器件中操作，以用于未来的多功能器件应用。
2020-12-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Phosphorene FETs: Promising transistors based on a few layers of phosphorus atoms
本文综述了磷烯场效应晶体管的出现和进展，所有这些都是在大约一年的时间内完成的。在如此短的时间内，背栅FET演变为顶栅FET，栅极长度减小到亚微米范围，高k值或六方氮化硼的钝化具有时间、热和机械稳定性，欧姆接触在低温下实现，截止频率被推到10 GHz以上。磷烯的这些和其他有吸引力的特性使磷烯FET成为当前一代柔性电子器件以及未来一代超薄体低功耗高速高频晶体管的可行候选者。
2015-05-03 cond-mat.mes-hall
Scaling Behaviors of Graphene Nanoribbon FETs: A Three Dimensional Quantum Simulation Study
采用原子基组非平衡格林函数输运方程和三维泊松方程自洽求解，研究了石墨烯纳米管（GNR）肖特基势垒场效应晶体管（SBFET）的标度行为.扶手椅边缘GNR通道与锯齿形CNT具有相似之处，但在横向方向上具有不同的几何形状和量子限制边界条件。结果表明，由于GNR的带隙与其宽度近似成反比，其I-V特性是双极性的，并且强烈依赖于GNR的宽度，这与最近的实验结果一致。多栅极几何结构提高了对短沟道效应的抗扰度，但在导通电流和导通电阻方面，它提供的改善比Si MOSFET要小。减少氧化物厚度对于改善晶体管性能比使用高k栅极绝缘体更有用。当沟道长度小于10 nm时，观察到最小漏电流的显著增加，因为小的有效质量促进了强的源漏隧穿。因此，GNRFET并不能保证扩展Si MOSFET的最终缩放极限。然而，GNR SBFET的固有开关速度比Si MOSFET快几倍，这可能导致有前途的高速电子应用，其中GNR SBFET的大泄漏较少受到关注。
2007-05-27 cond-mat.mes-hall
Graphene FET on diamond for high-frequency electronics
高频晶体管是毫米波通信和传感器系统的基本组成部分。石墨烯中载流子的高速度和迁移率可以为超快IV族晶体管开辟道路，其性能与基于III-V族的半导体相似甚至更好。然而，由于制造问题、相邻材料的影响和自加热效应，高速石墨烯晶体管的进展受到阻碍。在这里，我们报告的石墨烯场效应晶体管（FET）的金刚石衬底上，与$f_{max}$高达54 GHz的栅极长度为500 nm。金刚石的高热导率提供了有效的散热器，并且其相对高的光学声子能量提高了石墨烯通道中载流子的饱和速度。此外，我们表明，石墨烯场效应晶体管的金刚石，具有不同的栅极长度，表现出良好的缩放行为。这些结果表明，金刚石技术上的石墨烯FET可以达到亚太赫兹频率性能。
2021-12-30 cond-mat.mes-hall
Velocity Saturation effect on Low Frequency Noise in short channel Single Layer Graphene FETs
用于模拟和RF应用的石墨烯器件由于其在较高频率下上转换为不期望的相位噪声而易于产生低频噪声（LFN）。这样的应用需要使用在高电场下操作的短沟道石墨烯晶体管以确保高速。电场与器件长度成反比，与沟道电势成正比，因此随着漏极电压的增加和晶体管长度的缩小，电场达到最大。在这些条件下，应考虑速度饱和（VS）等短通道效应。载流子数和迁移率波动已被证明是石墨烯器件中产生LFN的主要来源。虽然它们对长沟道中LFN的偏置依赖性的贡献已经被彻底研究，但是VS现象在高漏极电压条件下影响短沟道器件中LFN的方式还没有得到很好的理解。在低电场工作时，由于载流子速度远未饱和，VS效应可以忽略不计。在这些条件下，LFN可以精确地预测最近建立的基于物理的分析模型。本文进一步提出了一个新的模型，该模型讨论了在高电场条件下VS效应对LFN的贡献。实施的模型进行了验证与新的实验数据，首次公布，从CVD生长的背栅单层石墨烯晶体管工作在千兆赫频率。由于VS机制的影响，该模型准确地捕捉到了LFN的还原，特别是在电中性点附近。此外，还推导出了接触电阻对LFN影响的解析表达式。实验表明，这种接触电阻的贡献是占主导地位的，在较高的栅极电压，并准确地描述了所提出的模型。
2019-05-27 cond-mat.mes-hall
Electrically inert h-BN/bilayer graphene interface in all-2D-heterostructure FETs
与传统半导体不同，双层石墨烯场效应晶体管（BLG-FET）对由于高k栅极叠层中的带电杂质引起的电势波动非常敏感，因为由外部垂直电场引起的两层之间的电势差是带隙开口背后的物理起源。BLG与层状h-BN绝缘体组装成范德华异质结构已被广泛认可，以实现优异的电输运性能。然而，在h-BN/BLG异质界面的载流子响应特性，控制器件的性能，尚未被揭示，由于不可避免的大寄生电容。在这项研究中，在石英衬底上的全二维异质结构BLG-FET中实现了~1 meV的电势波动的显着降低，这导致在20 K下在~90 meV的小带隙处将截止电流抑制到测量极限。通过电容测量，我们证明了在这种异质界面的电子陷阱/脱陷阱响应被抑制到不可检测的水平在测量频率范围内。电惰性的范德华异质界面为实现未来的BLG电子应用铺平了道路。
2018-09-16 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Effects of phonon confinement on electron transport in Si nanowire and armchair-edge graphene nanoribbon transistors: A dissipative quantum-transport study
本文通过耗散量子输运模拟，研究了声子边界条件对硅纳米线和石墨烯纳米带晶体管电子输运的影响，发现声子限域对硅纳米线影响更大，且不同边界条件会显著改变迁移率与开态电流。
2025-03-07 cond-mat.mes-hall
Physics-Based Compact Modeling for the Drain Current Variability in Single-Layer Graphene FETs
本文首次提出基于物理的紧凑模型，通过载流子数量与库仑散射迁移率波动解释单层石墨烯场效应晶体管的漏极电流变异性，并在不同尺寸溶液栅控器件上完成实验验证。
2025-06-04 cond-mat.mes-hall physics.comp-ph
The VOI-Based Valleytronics
讨论了谷轨相互作用（VOI）和基于VOI的谷电子学概念。这种谷电子学的潜力被示出，石墨烯作为示例材料，在包括FET、量子计算和量子通信的若干前沿应用中。讨论了两个重要的器件作为示例，即，1）耦合的石墨烯量子点中的谷对量子比特，以构建由石墨烯和光子组成的量子网络，以及2）由石墨烯量子线（沟道）和扶手椅型石墨烯纳米带（源极和漏极）组成的基于谷的FET，以构建基于石墨烯的低功率FET电路。该演示使基于VOI的谷电子成为电子领域一个有吸引力的研发方向。
2013-02-15 cond-mat.mes-hall quant-ph
Analytical device model for graphene bilayer field-effect transistors using weak nonlocality approximation
我们开发了一个具有背栅和顶栅的石墨烯双层场效应晶体管（GBL-FET）的分析器件模型。该模型是基于玻尔兹曼方程的电子输运和泊松方程的GBL-FET沟道中的潜在的弱非定域近似。分析了GBL-FET沟道中的电势分布。GBL-FET的源漏电流和漏电流的表达式在最重要的极限情况下用解析公式表示。这些公式明确占短栅效应和漏致势垒降低的效果。这些影响的强度的参数的特征。它示出的GBL-FET的漏电流表现出明显的最大值作为顶栅电压摆幅的函数。短栅效应和电子碰撞的相互作用导致了半导体的介电常数与顶栅长度的非单调关系。
2010-08-27 cond-mat.mes-hall
Symmetric n-and p-Type Sub-5-nm 1D Graphene Nanoribbon Transistors for Homogeneous CMOS Applications
针对超短栅长下n型与p型石墨烯纳米带晶体管不对称阻碍CMOS集成的问题，通过从头算量子输运模拟发现亚5nm栅长的7 AGNR FET性能优异、n/p型对称性好，有望推动后硅CMOS电子器件发展。
2024-08-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Understanding interface properties in 2D heterostructure FETs
自从石墨烯首次在衬底上从块状石墨中分离出来以来，已经过去了15年。在此期间，已经实现了具有本征带隙的2D层状材料。虽然已经报道了许多令人兴奋的结果，其基础物理和应用，2D电子器件应用于未来集成电路的讨论仍然是基于2D材料理想地具有的固有的高性能的期望。这篇综述文章的重点是栅堆叠的性质，这是场效应晶体管中最重要的组成部分之一。从2D/SiO2界面特性与传统SiO2/Si界面特性的比较出发，讨论了双层石墨烯和MoS 2 FET栅叠层特性研究的最新进展。特别强调了具有h-BN二维绝缘层的二维异质结构的优点和缺点。这篇综述可以提供控制二维异质界面性质的概念和实验方法。
2020-12-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Enhanced intrinsic voltage gain in artificially stacked bilayer CVD graphene field effect transistors
我们报告了由大面积化学气相沉积（CVD）石墨烯制成的双栅人工堆叠双层石墨烯场效应晶体管（BiGFET）中的电子输运。该器件显示出增强的电流饱和趋势，这导致降低的最小输出电导值。当与单层石墨烯FET相比时，这导致器件的改善的固有电压增益。我们采用了一个基于物理的紧凑模型，最初开发的Bernal堆叠双层石墨烯场效应管（BSBGFET），以探索所观察到的现象。电流饱和度的改善可归因于沟道中载流子密度的增加，并因此归因于载流子-载流子散射的饱和速度的降低。
2022-12-04 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Graphene field-effect transistors based on boron nitride gate dielectrics
石墨烯场效应晶体管利用单晶六方氮化硼（h-BN）（石墨烯的绝缘同晶物）作为栅极电介质来制造。该器件表现出超过10,000平方厘米/V-秒的迁移率值和电流饱和下降到500 nm的沟道长度与固有的介电常数值超过400 mS/mm。这项工作表明，使用h-BN作为石墨烯FET的栅极电介质的有利性能。
2011-01-25 cond-mat.mes-hall
Top-gated graphene field-effect-transistors formed by decomposition of SiC
在热分解的半绝缘4 H-SiC衬底上制作了顶栅少层石墨烯场效应晶体管。物理气相沉积的SiO2被用作栅极电介质。通过高分辨率扫描隧道显微镜观察到的具有正确晶格矢量的碳原子的二维六边形排列证实了在SiC衬底顶部形成多个石墨烯层。n型和p型跃迁的观察进一步证实了狄拉克费米子在石墨烯层中独特的输运性质。在这些制造的石墨烯FET上测得的电子和空穴迁移率分别高达5400 cm 2/Vs和4400 cm 2/Vs，这比常规SiC或硅的相应值大得多。
2008-02-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Short-Channel Field Effect Transistors with 9-Atom and 13-Atom wide Graphene Nanoribbons
自下而上合成GNR和GNR异质结构具有用于高性能场效应晶体管（FET）和超低功率器件（诸如隧穿FET）的有前途的电子性质。然而，这些GNR的短长度和宽带隙已经阻止了具有期望性能和开关行为的器件的制造。在这里，通过用薄的高k栅极电介质和9原子宽（0.95 nm）的扶手椅型GNR作为沟道材料制造短沟道（Lch ~20 nm）器件，我们展示了室温下具有高导通电流（在Vd = -1 V时Ion >1 uA）和高Ion/Ioff ~10^5的FET。我们发现，这些设备的性能是有限的隧道通过肖特基势垒（SB）的接触，我们观察到的势垒的透明度增加，通过增加附近的接触栅场。因此，我们的研究结果表明，成功地制造高性能的短沟道FET与自下而上合成扶手椅GNRs。
2017-01-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tuning the pH Response of Monolayer Hexagonal Boron Nitride/Graphene Field-Effect Transistors
电离氢的化学活性描述了溶液中质子的效力，并用于定义pH值，在生物和材料科学中具有广泛的应用。过去已经描述了用石墨烯场效应晶体管（FET）测量pH，但是还没有用单层六方氮化硼（hBN）覆盖层来表征。假设hBN封端降低了质子对石墨烯晶体中氧化缺陷的化学亲和力，并通过筛选电荷密度降低了pH测量的标准偏差。首先，将商业单层石墨烯和单层hBN/石墨烯的电子性质（均在4英寸90 nm SiO2/p型Si上）作为10 mM磷酸盐缓冲溶液中的溶液pH的函数进行对比。二维（2D）FET的制造与光刻胶无金属化，然后通过微量离心管掩蔽和反应离子蚀刻，以定义一个准纯的2D感测台面的pH值传感。此后，将器械暴露于不同pH值的磷酸盐缓冲液中，并测量阻力和液体转移特性。hBN/graphene/SiO2 FET具有更高的线性度，以及比单层graphene/SiO2更低的标准偏差和狄拉克电压漂移范围。然后，在微量离心管掩蔽之前，通过电子束沉积用9 nm的Al 2 O3涂覆新鲜金属化的装置。Al 2 O3/石墨烯/SiO2和Al 2 O3/hBN/石墨烯/SiO2器件在用NaOH碱性蚀刻Al 2 O3之前和之后显示出对磷酸盐缓冲溶液的pH的改变的响应（pH = 12）。这促使通过原子层沉积研究作为Al 2 O3厚度的函数的2D器件的pH依赖性。这些结果表明，用纳米级石墨烯修饰单层石墨烯的表面能够调节石墨烯pH传感器…
2022-10-25 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Intrinsic electron mobility exceeding 1000 cm$^2$/Vs in multilayer InSe FETs
石墨烯类二维（2D）材料不仅因其奇异的电子结构和基本的电子输运或光学性质而令人感兴趣，而且还有望将器件小型化到原子厚度。作为这类材料中的一种，InSe不仅是光电子器件的有希望的候选材料，而且在具有高迁移率输运的场效应晶体管（FET）中具有潜在的应用前景。在这项工作中，各种基板，如PMMA，裸露的氧化硅，钝化的氧化硅，和氮化硅被用来制造多层InSe FET器件。通过背栅和四探针霍尔测量，提取了器件在不同温度下的场效应迁移率和本征霍尔迁移率，研究了材料的本征输运行为和介质衬底的影响。样品在77- 300 K范围内的场效应和霍尔迁移率落在0.1-2.0 $\times$ × 10 $^3$ cm $^2$ /Vs的范围内，这与由2D过渡金属-二硫属化物制成的现有技术FET相当或更好。
2015-12-28 cond-mat.mes-hall
Physics-based bias-dependent compact modeling of 1/f noise in single- to few- layer 2D-FETs
1/f噪声是衡量晶体管和电路性能的关键品质因数。对于二维器件（2D-FET），特别是对于需要短沟道FET的GHz范围内的应用，速度饱和（VS）效应可以导致在高纵向电场下1/f噪声的降低。一个新的基于物理的紧凑模型是首次介绍了单层到几层的2D-FET在这项研究中，精确验证1/f噪声实验的各种类型的设备。所提出的模型主要考虑了测量的1/f噪声偏置依赖性，因为后者由不同的物理机制定义。因此，推导出了分析表达式，与迄今为止文献中可用的常规方法相比，该分析表达式在所有操作区域中有效，基于统治这些器件的基础物理来解释载流子数波动（DN）、迁移率波动（Dmu）和接触电阻（DR）效应。DN机制，由于捕获/脱陷连同强烈的库仑散射效应，占主导地位的1/f噪声从中等到强的积累区域，而Dmu，也被证明是适度的亚阈值区的贡献。在非常高的载流子密度下，DR也可以是显著的。在高电场下，VS引起的1/f噪声测量的降低也被模型显著地捕获。该模型的物理有效性也可以帮助提取可信的结论时，进行比较的实验数据，从不同的材料或材料的设备。
2023-03-30 cond-mat.mes-hall
30 GHz optoelectronic mixing in CVD graphene
我们报道了一种基于化学气相沉积石墨烯的光电混合器。我们的设备包括在一个共面波导，集成了石墨烯通道，钝化与原子层沉积的Al2O3膜。利用这种新结构，首次展示了商用石墨烯中的30 GHz光电混合。特别是，使用30 GHz的强度调制的光信号和29.9 GHz的电信号，我们显示频率下变频到100 MHz。这些结果在雷达和无线电通信系统的光电子学领域打开了有前途的前景。
2015-12-09 cond-mat.mes-hall
Simulation of hydrogenated graphene Field-Effect Transistors through a multiscale approach
在这项工作中，我们提出了基于最近制造的100%氢化石墨烯（所谓的graphane）和理论上预测的半氢化石墨烯（即graphone）的场效应晶体管的性能分析。该方法是基于准确的计算的能带通过GW近似，随后拟合与三个最近邻（3 NN）sp3紧束缚哈密顿量，并最终用于计算弹道输运在基于功能化石墨烯的晶体管。由于大的能隙，所提出的器件具有由一维石墨烯纳米颗粒FET提供的许多优点，例如大的Ion和Ion/Ioff比、降低的带间隧穿，而没有在电路集成的禁止性光刻和图案化要求方面的相应缺点。
2010-04-03 cond-mat.mes-hall
A Fitting Model for Asymmetric I-V Characteristics of Graphene Field-Effect Transistors for Extraction of Intrinsic Mobilities
建立了一个拟合模型，用于解释沟道掺杂的石墨烯场效应晶体管（G-FET）的I-V特性中的非对称双极性，该双极性起源于栅区和接入区之间结处的电子发射和带间隧穿.使用该模型，栅电压依赖的本征迁移率以及其他本征和非本征器件参数可以提取。我们将其应用于我们之前报道的具有生长在SiC衬底上的石墨烯沟道和SiN栅极电介质的顶栅G-FET，并且我们证明它可以很好地拟合其不对称I-V特性。
2016-02-29 cond-mat.mes-hall
A review for compact model of graphene field-effect transistors
石墨烯由于其独特的物理、机械和电学性质而引起了人们极大的兴趣。特别地，基于石墨烯的场效应晶体管（FET）发展迅速，现在被认为是传统硅器件的一种选择。作为现代集成电路产品设计周期中的关键步骤，紧凑模型是指用于电路仿真的集成半导体器件模型的开发。本文旨在对石墨烯场效应晶体管的紧凑模型进行理论描述。特别注意的是专门用于电荷片模型，漂移扩散模型，玻尔兹曼方程，态密度（DOS），和基于表面势的紧凑模型。最后，对该领域的发展前景进行了展望。
2017-02-22 cond-mat.mes-hall
Graphene field effect transistors with ferroelectric gating
最近的铁电门控实验已经在石墨烯场效应晶体管中引入了一种新的功能，即非挥发性。对铁电门的非线性、迟滞特性还没有一个全面的认识，也没有一个有效的控制方法。在这封信中，我们定量表征滞后铁电门使用正常的介电门提供的一个独立的背景掺杂（nBG）的参考。更重要的是，我们证明了nBG可以用来控制铁电门控单向移动滞后铁电掺杂在石墨烯。利用这种静电效应，我们展示了石墨烯铁电FET中的对称位写入，其电阻变化超过500%，并且在10^5个周期内可再现非易失性切换。
2010-09-01 cond-mat.mes-hall
Model and performance evaluation of field-effect transistors based on epitaxial graphene on SiC
鉴于在最近的实验中观察到的0.26 eV的可观的半导体间隙，SiC衬底上的外延石墨烯似乎是FET的有前途的沟道材料。事实上，它是二维的-因此不需要禁止光刻-并且表现出比其他替代选择（例如双层石墨烯）更宽的间隙。在这里，我们提出了一个模型，并评估基于SiC上的外延石墨烯的纳米级FET的可实现的性能，进行设计参数空间的探索。我们表明，电流可以调制4个数量级;对于数字应用，Ion /Ioff比为50，亚阈值斜率为145 mV/decade，电源电压为0.25 V。这代表了石墨烯电子器件固态集成的重大进展，但还不足以用于数字应用。
2009-09-25 cond-mat.mes-hall
Terahertz detection with graphene FETs: photothermoelectric and resistive self-mixing contributions to the detector response
本文研究石墨烯场效应晶体管在太赫兹探测中的响应机制，证实光热电效应（PTE）和电阻性自混频（RSM）共同作用且PTE在高频下占主导，通过电磁模拟和实验揭示了频率依赖性及接触掺杂影响，并实现了101 pW/√Hz的最低光学等效噪声功率。
2024-03-28 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
