Theoretical Study of Corundum as an Ideal Gate Dielectric Material for Graphene Transistors
利用物理洞察力和先进的第一性原理计算，我们认为石墨烯是石墨烯晶体管的理想栅极介电材料。石墨烯和Al封端的（或羟基化的）Al 2 O 3之间存在清洁界面，并且这些系统的价带偏移足够大以产生注入势垒。值得注意的是，可以在吸附在Al封端表面上的石墨烯层中诱导出>> 180 meV的带隙，这可以在石墨烯晶体管中实现大的开/关比和高的载流子迁移率，而无需额外的带隙工程和显著降低的输运性质。此外，石墨烯/Al 2 O3体系的带隙可以通过外加电场进行调节，以满足实际应用的需要。
2011-10-21 cond-mat.mtrl-sci
Fermi level depinning via insertion of a graphene buffer layer at the gold-2D tin monoxide contact
本研究通过第一性原理计算，提出在Au与单层SnO接触中插入石墨烯缓冲层以缓解费米能级钉扎，并系统分析了接触的电子性质与机械变形影响，为改善金属-半导体接触提供了指导。
2023-08-30 cond-mat.mtrl-sci
Flexible transistors exploiting P3HT on paper substrates and graphene oxide films as gate dielectrics: proof of concept
在本文中，我们报告：GO在水溶液中作为栅极介电材料的用途，其在基于有机半导体的MOS晶体管中的应用，以及纸作为衬底材料的用途。
2013-02-06 cond-mat.mtrl-sci
High On/Off Ratios in Bilayer Graphene Field Effect Transistors Realized by Surface Dopants
双层石墨烯显示出可通过外部电场调节的带隙的独特性质使得各种不同的器件概念具有用于电子、光电和传感器应用的新颖功能。到目前为止，基于双层石墨烯的场效应晶体管的操作需要两个单独的栅极来改变沟道的电导并产生带隙。在本文中，我们报告了一种方法，以增加在单栅双层石墨烯场效应晶体管的开/关比吸附质掺杂。石墨烯上侧上的吸附物掺杂剂建立垂直于石墨烯表面的位移场，破坏两个石墨烯层的反转对称性。低温测量表明，增加的开/关比是由迁移率间隙的开放引起的。除了场效应晶体管之外，所提出的方法还可以用于其他基于双层石墨烯的器件，如用于THz到红外辐射的光电探测器、化学传感器和更复杂的结构，如反点或超晶格，其中必须创建人工潜在景观。
2011-02-24 cond-mat.mtrl-sci
Top and side gated epitaxial graphene field effect transistors
介绍了三种第一代外延石墨烯场效应晶体管（FET），并讨论了它们的优缺点。石墨烯外延生长在六方碳化硅的碳和硅表面上，并用电子束光刻法进行图案化。通道具有霍尔条几何形状以便于磁阻测量。在Si面上图案化的FET表现出超过30的关-导通沟道电阻比。C面FET具有较低的关-开电阻比，但其迁移率（高达5000 cm 2/Vs）比Si面晶体管大得多。对全石墨烯侧栅FET结构的初步研究是有希望的。
2009-07-31 cond-mat.mtrl-sci
High-Transconductance Graphene Solution-Gated Field Effect Transistors
在这项工作中，我们报告的电子性质的溶液栅场效应晶体管（SGFET）制造使用大面积石墨烯。用在SiC上外延生长的石墨烯以及用在Cu上化学气相沉积生长的石墨烯制备的器件都表现出高的跨导，这是石墨烯中载流子的高迁移率和石墨烯/水界面处的大电容的结果。石墨烯SGFET在栅极灵敏度方面的性能与其他SGFET技术进行了比较，发现其明显优越，证实了石墨烯SGFET在电解环境中传感应用的潜力。
2011-05-31 cond-mat.mtrl-sci
Chemical Vapor Deposition-Assembled Graphene Field-Effect Transistor on Hexagonal Boron Nitride
我们研究了通过化学气相沉积（CVD）组装的单层石墨烯的关键电学性质，这些电学性质受支撑衬底材料的影响。石墨烯场效应晶体管（GFET）的碳沟道直接放置在六方氮化硼（h-BN）和SiO2，分别。与SiO2衬底相比，h-BN衬底的小信号载流子迁移率（gm）和有效载流子迁移率（μeff）分别提高了8.5倍和4倍。与在SiO2上具有剥离的石墨烯的GFET相比，从在h-BN衬底上具有CVD石墨烯的器件测量的gm和μeff表现出相当的值。实验表明，采用h-BN作为大面积碳电子学的平台材料的潜力。
2011-06-07 cond-mat.mtrl-sci
Flexible graphene transistors for recording cell action potentials
石墨烯溶液门控场效应晶体管（SGFET）由于石墨烯晶体管固有的高信号放大而成为用于记录细胞动作电位的有前途的平台。此外，石墨烯技术满足了体内应用的重要关键要求，例如生物相容性，机械柔性以及易于高密度集成。在本文中，我们展示了柔性阵列的石墨烯SGFET聚酰亚胺，生物相容性聚合物基板上的制造。我们研究了晶体管的介电常数和固有电子噪声，这是器件灵敏度的关键参数，确认所获得的值与刚性石墨烯SGFET的值相当。此外，我们表明，该设备在反复弯曲过程中不会降解，并且由石墨烯的电子性质决定的介电常数不受弯曲的影响。在细胞培养后，我们证明了从心肌细胞样细胞记录细胞动作电位，其具有比竞争的最新技术水平更高或相当的高信噪比。我们的研究结果突出了柔性石墨烯SGFET在生物电子学中的巨大能力，为体内实验和最终基于石墨烯的神经假体提供了坚实的基础。
2016-01-26 cond-mat.mtrl-sci
Bottom-up Graphene Nanoribbon Field-Effect Transistors
最近开发的工艺使得能够自下而上化学合成具有精确原子结构的石墨烯纳米带（GNR）。这些GNR是电子器件的理想候选者，因为它们的均匀性、小于1 nm的极窄宽度、原子级完美的边缘结构和期望的电子特性。在这里，我们展示了纳米级化学合成GNR场效应晶体管，通过开发一种新的层转移工艺成为可能。我们观察到强烈的环境敏感性和独特的输运行为特征的亚1nm宽度的GNRs。
2013-10-01 cond-mat.mtrl-sci
Effect of High-k Dielectric Layer on 1/f Noise Behavior in Graphene Field-Effect Transistors
我们报告的1/f噪声特性，在低频率的石墨烯场效应晶体管，利用高k电介质氧化钽封装层（几纳米厚）放置在Si 3 N4原子层沉积。在f = 10 Hz时，获得了~ 2.2 x 10^（-10）Hz-1的低噪声水平。噪声的起源和物理机制可以通过McWhorter上下文来解释，其中载波数的波动对低频噪声起主导作用。优化制造工艺减少了石墨烯场效应晶体管中带电杂质的数量。该研究为降低石墨烯基器件中的噪声提供了对低频噪声的潜在物理机制的见解。
2021-03-27 cond-mat.mtrl-sci
Making a field effect transistor on a single graphene nanoribbon by selective doping
使用第一原理电子结构计算，我们显示了金属石墨烯纳米颗粒的金属-半导体转变，其具有由在边缘处的氮或硼原子的替代掺杂引起的锯齿形边缘。由金属-半导体-金属结组成的场效应晶体管然后可以通过带边缘的选择性掺杂来构造。这种原型器件的电流-电压特性由第一原理量子输运计算确定。
2007-12-01 cond-mat.mtrl-sci
Epitaxial graphene transistors on SiC substrates
本文描述了使用碳，特别是SiC上的外延石墨烯作为活性物质制造的顶栅晶体管的行为。在过去的十年中，研究已经确定碳基电子产品是硅基电子产品的可能替代品。这种热情是由高碳纳米管载流子迁移率激发的。然而，纳米管的生产、放置和控制都是严重的问题。石墨烯是一种石墨碳薄片，可以克服其中的一些问题，因此是一种有前途的新型电子材料。虽然石墨烯器件以前已经建立，但在这项工作中，我们提供了完全使用标准微电子方法生产的大量晶体管阵列的首次演示和系统评估。石墨烯器件具有高k电介质，迁移率高达5000 cm 2/Vs，Ion/Ioff比高达7，并进行了系统分析，以深入了解衬底特性。典型的石墨烯，这些微米级器件具有可忽略的带隙，因此具有大的漏电流。
2008-01-17 cond-mat.mtrl-sci
Large Fermi energy modulation in graphene transistors with high-pressure O2-annealed Y2O3 topgate insulators
我们证明了一个相当大的抑制低场泄漏，通过在沉积后退火（HP-PDA）期间施加高压O2在100个大气压的Y2 O3顶栅绝缘体上的石墨烯。因此，单层石墨烯的量子电容测量揭示了最大的费米能量调制（EF = ~ 0.52eV，即，迄今为止报道的固态顶栅绝缘体中的载流子密度约为2*10^13 cm^-2）。HP-PDA是改善石墨烯上高k绝缘体电气质量的稳健方法。
2014-02-25 cond-mat.mtrl-sci
Graphene based spin field effect transistor
提出了一种利用石墨烯纳米颗粒作为沟道的自旋场效应晶体管（FET）。与传统的自旋场效应晶体管类似，该器件包括铁磁金属作为源极和漏极;它们依次连接到石墨烯沟道。由于碳基材料中可忽略的自旋-轨道耦合，偏压可以通过电子交换相互作用的电控制与附着到源极和漏极之间的纳米晶体的铁磁电介质来实现自旋操纵。数值估计显示了石墨烯基自旋FET的可行性，如果偏置改变交换相互作用的量约为5 meV。结果表明，器件对热色散的稳定性可以提供特定宽度的扶手椅型纳米带，保持电子色散定律中的狄拉克点。
2007-07-19 cond-mat.mtrl-sci
Graphene-Graphite Quilts for Thermal Management of High-Power GaN Transistors
自加热是大功率GAN电子和光电子器件面临的一个严重问题。已经尝试了各种热管理解决方案，例如倒装芯片接合或复合衬底。然而，温度升高仍然限制了氮化物基技术的应用。在这里，我们证明了GAN晶体管的热管理可以通过引入用少层石墨烯（一种优秀的热导体）实现的替代散热通道来大幅改善。我们已经将少层石墨烯转移到SiC衬底上的AlGaN/GAN异质结构场效应晶体管中，以形成“石墨烯-石墨被子”-横向散热器，其从沟道区域移除热量。使用显微拉曼光谱原位监测，我们已经表明，温度可以降低多达20摄氏度，在这样的设备工作在~13-W/mm的功率密度。模拟表明，在耐热蓝宝石衬底上的GAN器件中以及在具有紧密定位的散热器的设计中，“石墨烯棉被”的效率可以更高。我们的研究结果为少层石墨烯在大功率电子产品中的应用开辟了一个新的利基。
2012-03-27 cond-mat.mtrl-sci
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
Patterning graphene nanostripes in substrate-supported functionalized graphene: A promising route to integrated, robust, and superior transistors
量子力学约束的石墨烯体系在场效应晶体管中具有广阔的应用前景。高稳定性、优越的性能和大规模集成是石墨烯晶体管实际应用面临的主要挑战。我们的adatom-graphene相互作用的理解结合在纳米纤维技术的最新进展表明，非常稳定和高质量的石墨烯纳米带可以集成在衬底支持的功能化（氢化或氟化）石墨烯使用电子束光刻。我们还提出，在晶体管中平行化一对石墨烯纳米带对于实际应用来说应该是优选的，这对于基于石墨烯纳米带的晶体管也是非常有用的。
2012-01-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Modeling edge effects in Graphene Nanoribbon Field-effect Transistors with real and mode space methods
发展了一种计算效率高的模空间模拟方法，用于弹道极限下石墨烯纳米晶体管场效应晶体管的原子模拟。所提出的模拟方案，它解决了非平衡格林函数耦合的三维泊松方程，是基于原子的哈密顿在一个解耦的模式空间。模式空间的方法，它只处理几个模式（子带），显着减少了仿真时间。此外，边缘键弛豫和第三近邻效应也被包括在量子输运求解器中。仿真实例表明，模态空间方法可以显著降低仿真代价约一个数量级，而结果仍然是准确的。本文还论证了边缘键弛豫效应和第三近邻效应对晶体管性能的影响，并指出在建模中必须考虑这些效应。
2009-02-26 cond-mat.mtrl-sci
Intrinsic graphene field effect transistor on amorphous carbon films
描述了石墨烯场效应晶体管的制造，其在沉积的氢化非晶碳膜的表面上使用本征石墨烯。石墨烯器件具有典型的双极特性，如果在氧等离子体中蚀刻表面石墨烯，则其变为单极特性。由于无定形碳薄膜的生长容易，尺寸不受限制，并且不需要石墨烯的转移，这为石墨烯电子学开辟了新的前景。
2014-02-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electron properties of fluorinated single-layer graphene transistors
我们使用氟化单层石墨烯薄片制作了晶体管结构，并研究了它们在不同温度下的电子特性。与原始石墨烯相比，氟化石墨烯在电中性区域具有非常大且强烈的温度依赖性电阻。我们发现，石墨烯的光谱中，电子输运发生通过本地化的电子状态的迁移率间隙创建。
2010-09-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A Graphene-based Hot Electron Transistor
我们通过实验证明了石墨烯基热电子晶体管的直流功能，我们称之为石墨烯基晶体管（GBT）。该制造方案与硅技术潜在地兼容，并且可以用标准硅技术在晶片规模上进行。GBT的状态可以通过施加到由石墨烯制成的晶体管基极的电势来切换。GBT的传输特性显示开/关电流比超过50.000。
2013-06-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Operation of Graphene Transistors at GHz Frequencies
制作了工作在高频（GHz）的顶栅石墨烯晶体管，并分析了它们的特性。测得的本征电流增益显示出理想的1/f频率依赖性，表明石墨烯晶体管的FET样行为。截止频率fT被发现是成比例的直流电阻gm的设备。峰值fT随着栅极长度的减小而增加，并且对于栅极长度为150 nm的石墨烯晶体管测量到高达26 GHz的fT。这项工作是实现石墨烯电子高频应用的重要一步。
2008-12-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Mobility in Graphene Double Gate Field Effect Transistors
在这项工作中，双门场效应晶体管制造的单层石墨烯进行了研究。除了通过手动剥离的石墨烯沉积之外，应用常规的自上而下的CMOS兼容工艺。比较了单栅和双栅石墨烯场效应晶体管中的载流子迁移率。即使在双栅极石墨烯FET中，载流子迁移率也在几乎整个测量范围内超过硅的通用迁移率。在可比的尺寸下，超薄体绝缘体上硅MOSFET的迁移率无法与石墨烯FET值竞争。
2008-09-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Graphene Field Effect Transistors: A Review
在过去的十年里，石墨烯及其在新型电子产品中的应用研究领域迅速发展。随着摩尔定律开始趋于平稳，工业中对后硅技术的需求变得越来越明显。此外，现有技术不足以实现太赫兹探测器和接收器，这是包括医学成像和安全扫描在内的许多应用所需要的。石墨烯被认为是用于替代现有CMOS技术中的硅以及实现用于太赫兹检测的场效应晶体管的关键潜在候选物，这是由于其显著的电子性质，其中在悬浮石墨烯样品中观察到的电子迁移率高达$2 \times 10^5$ cm $^2$ V $^{-1}$ s $^{-1}$。这份报告回顾了石墨烯晶体管实现的背景下，石墨烯的物理和电子特性。综述和比较了常用的石墨烯制备技术，如机械剥离法、化学气相沉积法和外延生长法。与实现石墨烯晶体管相关的挑战之一是石墨烯是半金属的，具有零带隙，这在数字电子应用的背景下是麻烦的。因此，该报告还回顾了通过使用双层石墨烯和石墨烯纳米带打开石墨烯带隙的不同方式。一个传统的场效应晶体管的基本操作解释和文献中使用的关键数字的优点被提取。最后，对最先进的石墨烯场效应晶体管的一些示例进行了回顾，特别关注单层石墨烯、双层石墨烯和石墨烯纳米带。
2021-07-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Screening and interlayer coupling in multilayer graphene field-effect transistors
为了提高纳米石墨烯场效应晶体管的性能和可靠性，首次对多层石墨烯场效应晶体管中的电荷和电流分布进行了系统的实验研究。我们发现一个非常特殊的厚度依赖性离子，Ioff，和离子/Ioff比，并提出了一个电阻网络模型，包括筛选和层间耦合来解释实验结果。特别是，我们的模型不调用多层情况下的石墨烯的线性能带能带结构的修改。实验证明了纳米级少层石墨烯晶体管中的噪声降低，并且也可以在该模型中理解。
2009-09-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Utilization of a Buffered Dielectric to Achieve High Field-Effect Carrier Mobility in Graphene Transistors
我们在顶栅石墨烯晶体管中的石墨烯和常规栅极之间利用有机聚合物缓冲层。与其他绝缘体不同，该电介质叠层不会显著降低载流子迁移率，从而允许在顶栅操作中保持高场效应迁移率。这在两点和四点分析以及石墨烯晶体管的高频操作中都得到了证明。载流子迁移率的温度依赖性表明声子是这些器件中的主要散射体。
2009-11-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Record Maximum Oscillation Frequency in C-face Epitaxial Graphene Transistors
最大振荡频率（fmax）量化了有用电路操作的实际上限。我们在这里报告的晶体管中使用外延石墨烯生长在SiC的C面的最大频率为70 GHz。这是对在现有高频晶体管研究中使用的Si面外延石墨烯的显著改进，例证了C面外延石墨烯的优越电子学潜力。使用高κ介电T栅极和自对准触点的精心晶体管设计进一步促成了破纪录的fmax。
2013-02-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Graphene Quantum Strain Transistors
通过二维材料中量子输运的应变工程，可以获得广泛的科学和应用。我们提出了一个现实的实验平台，单轴应变工程的弹道电荷输运在石墨烯。然后，我们开发了一个应用的理论模型，基于这个平台，计算电荷电导率和演示石墨烯量子应变晶体管（GQST）。我们将GQST定义为具有开/关电导率比$> 10^{4}$的机械应变弹道石墨烯晶体管，并且其可以通过适度的栅极电压来操作。这种器件将允许在原始石墨烯中进行出色的晶体管操作，其中没有带隙。我们认为所有占主导地位的单轴应变对电导率的影响，同时包括实验的考虑，以指导实现的建议。我们预测多个应变可调传输签名，并证明了广泛的现实设备参数导致强大的GQST。这些器件可以在柔性电子晶体管、应变传感器和谷电子中找到应用。
2018-09-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Large-signal model of the bilayer graphene field-effect transistor targeting radio-frequency applications: theory versus experiment
双层石墨烯是一种很有前途的射频晶体管材料，因为它的能隙可能导致比单层石墨烯更好的电流饱和。由于对该技术的极大兴趣，特别是对于灵活的射频应用，因此获得对该技术的控制需要制定用于漏极电流、电荷和电容的适当模型。在这项工作中，我们已经开发了他们的双栅双层石墨烯场效应晶体管。考虑到双层石墨烯的电子性质，结合适当的场效应模型，考虑了载流子输运的漂移扩散机制。考虑到在金属-双层石墨烯界面处形成肖特基势垒，已经包括了非本征电阻。所提出的模型已基准对实验原型晶体管，讨论的主要数字的优点，针对射频应用。
2015-12-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Graphene Thickness-Graded Transistors with Reduced Low-Frequency 1/f Noise
我们展示了具有高电子迁移率和低1/f噪声（f是频率）的石墨烯厚度渐变晶体管。器件沟道由少层石墨烯实现，其厚度从中间的单层到源极和漏极接触处的少层变化。发现这种器件具有与参考单层石墨烯器件相当的电子迁移率，同时产生较低的噪声水平。石墨烯的金属掺杂以及单层和少层石墨烯之间的电子态密度的差异导致观察到的噪声降低。结果揭示了石墨烯中的噪声来源。
2011-12-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Introduction to Graphene Electronics -- A New Era of Digital Transistors and Devices
硅基晶体管的速度在最近十年已经达到了一个僵局，主要是由于缩放技术和短沟道效应。相反，石墨烯（一种具有原子厚度的革命性新材料）已显示出具有良好的导电性价值。因此，石墨烯似乎可以减轻与硅基晶体管相关的一些缺点。正是由于这个原因，这种材料被认为是替代纳米级晶体管中硅的最突出的候选材料之一。这里的主要症结在于石墨烯本质上是无间隙的，然而，晶体管需要与明确定义的ON/OFF逻辑状态有关的带隙。因此，如何在石墨烯同素异形体中产生这种带隙是一个不断发展的研究领域。现有的方法包括纳米带、双层和多层结构、碳纳米管以及石墨烯基底的使用。石墨烯晶体管通常可以根据两种工作原理进行分类。第一个是单个石墨烯层、纳米管或碳纳米管可以充当晶体管沟道，电流沿着水平轴传输。第二种机制被认为是隧穿，无论是单个石墨烯层上的带对带，还是相邻石墨烯层之间的垂直隧穿。高频石墨烯放大器是最近研究中的另一个话题，因为它不像逻辑电子器件那样需要明确的ON/OFF状态。本文综述了石墨烯的物理性质和制造方法，以及石墨烯基电子器件，晶体管和高频放大器从过去到现在的研究。最后，我们提供了关于未来发展的可能前景。
2013-09-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Vertical Graphene Base Transistor
我们提出了一种新的，基于石墨烯的设备概念，用于高频操作：热电子石墨烯基晶体管（GBT）。仿真结果表明，GBT具有较高的电流开/关比和电流增益。模拟和小信号模型表明，它可能允许太赫兹操作。基于能带的考虑，我们提出了一个特定的材料解决方案，是与SiGe工艺线兼容。
2012-03-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
High Current Density Vertical Tunneling Transistors from Graphene/Highly-Doped Silicon Heterostructures
石墨烯/硅异质结构作为用于各种电子和光子器件的新平台，如势垒电阻器、太阳能电池、光调制器和化学传感器，引起了极大的兴趣。迄今为止的研究主要集中在石墨烯和轻掺杂硅之间的结上，其中肖特基势垒被认为是载流子传输过程的主导因素。在这里，我们报告了一个系统的调查之间形成的异质结石墨烯和高掺杂硅载流子输运。通过改变硅掺杂水平和测量温度，我们表明，通过原生氧化物的隧穿效应的石墨烯/p++-Si异质结的载流子输运占主导地位。我们进一步证明，隧道电流可以有效地调制的外部栅极电场，导致在垂直隧穿晶体管。得益于高掺杂硅的大态密度，我们的隧穿晶体管可以提供超过20 A/cm 2的电流密度，比以前的石墨烯/绝缘体/石墨烯隧穿晶体管在相同的开/关比下高出约两个数量级。
2015-12-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Charge transfer and trapping as origin of a double dip in the transfer characteristics of graphene based field-effect transistors
我们讨论的起源以外的石墨烯基场效应晶体管的传输特性中观察到的电荷中性点的额外的下降。考虑到从中性点到沟道的费米能级不同以及接触处的部分电荷钉扎，我们提出了一个模型来解释栅电压环的所有特征.
2011-02-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Role of Joule Heating on Current Saturation and Transient Behavior of Graphene Transistors
我们使用模拟来研究SiO2/Si上的亚微米石墨烯晶体管中的电流饱和。我们发现自加热是电流饱和（较低的输出电导）的部分原因，但降低电流密度>1 mA/um高达15%。如果支撑绝缘体变薄，或者在较短的沟道器件中，通过接触处的部分散热，可以减少热效应。这种器件的瞬态行为具有约30-300 ns的热时间常数，主要由支撑绝缘体的厚度和器件覆盖层的厚度决定（在SOI晶体管中也预期的行为）。这些结果为石墨烯晶体管的高场和瞬态行为提供了重要的物理见解。
2012-12-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Field-effect tunneling transistor based on vertical graphene heterostructures
我们报道了一种双极场效应隧穿晶体管，它利用了石墨烯的低态密度和它的一个原子层厚度。我们的概念验证设备是石墨烯异质结构，具有原子级薄的氮化硼作为隧道势垒。它们表现出室温开关比~50，通过优化器件结构可以进一步提高该值。这些器件具有高频操作和大规模集成的潜力。
2011-12-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Low-noise top-gate graphene transistors
我们报告的低频噪声在顶栅石墨烯晶体管的实验研究结果。背栅石墨烯器件通过添加与单层石墨烯沟道隔开20 nm HfO 2的顶栅来改性。测量结果显示，闪烁噪声水平较低，归一化噪声谱密度接近1/f（f是频率），Hooge参数低于2 x 10^-3。噪声谱密度对顶栅和底栅偏置的依赖性的分析帮助我们阐明了这些器件中的噪声源，并制定了电子噪声降低的策略。所获得的结果对于所有提出的石墨烯在电子和传感器中的应用都很重要。
2009-08-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
First-principles Simulations of a Graphene Based Field-Effect Transistor
我们改进了一种新的方法来进行基于石墨烯的垂直场效应隧穿晶体管的第一原理模拟，该晶体管由石墨烯$|$ { \it h}-BN $|$石墨烯多层结构组成。在密度泛函理论的框架内，我们利用有效屏蔽介质（ESM）方法来适当地处理静电势的边界条件，并研究栅极电压的影响。自洽地计算了顶部和底部石墨烯层的自由载流子分布和能带结构。根据微观介电常数理论，逐层计算了夹在石墨烯层之间的{ \it h}-BN薄膜的介电性能。我们发现BN层的结晶性与{ \it h}-BN的结晶性非常接近。根据界面电荷再分布的分析，与石墨烯的界面对{ \it h}-BN的介电性质的影响是微弱的。
2015-04-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Low-Contact-Resistance Graphene Devices with Nickel-Etched-Graphene Contacts
石墨烯基晶体管的性能通常受到金属-石墨烯接触两端的大电阻的限制。我们报告了一种实现石墨烯晶体管超低电阻金属接触的方法。通过在氢气中进行金属催化蚀刻的过程，在石墨烯中产生具有锯齿形边缘的多个纳米尺寸的凹坑，这些凹坑与沉积的镍金属化形成强化学键，用于源极-漏极接触，而不需要进一步退火。在电极金属化之前的这种容易的接触处理导致在单层石墨烯场效应晶体管中低至100 ohm-um的接触电阻，以及在双层石墨烯晶体管中低至11 ohm-um的接触电阻。该处理与互补金属氧化物半导体制造工艺兼容，并且在满足未来集成电路中石墨烯集成所需的接触性能方面具有很大的希望。
2013-12-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Mobility Extraction and Quantum Capacitance Impact in High Performance Graphene Field-effect Transistor Devices
讨论了石墨烯器件的场效应迁移率。我们认为，石墨烯弹道平均自由程只能通过同时考虑电特性和沟道长度依赖的迁移率来提取。在这样做时，我们发现在室温下的弹道平均自由程为300 nm的载流子浓度为~ 1 e12/cm 2，并且必须考虑到大约300 ohmum的实质性串联电阻。此外，我们展示了单层石墨烯器件上的第一量子电容测量。
2008-12-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effect of edge vacancies on performance of planar graphene tunnel field-effect transistor
研究了在不同缺陷浓度和分布（正态、均匀、周期性）下，边缘空位对平面石墨烯隧道场效应晶体管（TFET）工作能力的影响.所有的计算都是用格林函数方法和紧束缚近似进行的。结果表明，晶体管的性能取决于两个重要的因素与缺陷：边缘局域电子态的破坏和费米能级附近的亚峰的出现。TFET的可支持的操作条件被发现，以确保在30%或更少的边缘空缺，无论其分布的类型。
2017-07-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Performance limits of graphene-ribbon-based field effect transistors
利用原子模型研究了基于单石墨烯带的场效应晶体管的性能。它示出了这种方案，与传统的基于碳纳米管的晶体管不同，降低了与金属电极的化学键合的细节的重要性，有利于碳基器件的一部分。在这里研究了各种收缩和金属带接触模型的最终性能极限。特别是，我们表明，即使是接触不良的金属，适当泰勒收缩可以给有前途的值的导通电导和亚阈值摆动。
2007-07-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thermolubricity of Xe monolayers on graphene
用石英晶体微天平（QCM）研究了在25 ~ 50 K温度范围内沉积在石墨烯上的石墨烯单分子膜的纳米摩擦。石墨烯通过化学气相沉积生长，并用聚合物印模转移到QCM电极。在低温下，Xe单层完全固定在石墨烯表面。高于30 K时，薄膜开始滑动，脱钉起始覆盖率随温度的升高而降低。在裸金上重复的类似测量显示出增强的Ni-P膜的滑移和低于25 K的脱钉温度的降低。氪和氮的纳米摩擦测量证实了这种情况。这种热致伸缩行为的解释，在最近的理论的吸附岛和晶体衬底之间的静摩擦的尺寸依赖性。
2013-09-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Graphene transistors are insensitive to pH changes in solution
我们观察到非常小的栅极电压的变化时，所制备的石墨烯场效应晶体管（GFET）的传输特性的缓冲液的pH值发生变化。这一观察结果与Si基离子敏感FET形成强烈对比。如果石墨烯表面覆盖有疏水性氟苯层，则可以进一步降低GFET的低栅极偏移。如果改为应用薄的Al氧化物层，则相反。这表明干净的石墨烯不会感知质子的化学势。因此，GFET可以用作含水电解质中的参比电极。我们的发现揭示了各种各样的pH值引起的栅极移位，已公布的GFET在最近的文献。
2011-05-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Observation of Negative Contact Resistances in Graphene Field-Effect Transistors
石墨烯场效应晶体管中的接触电阻（RC）的栅电压（VG）依赖性的特征在于传输线模型。Ag、Cu和Au接触的RC-VG特性在电荷中性点附近显示出下降，并且随着Ag接触变得甚至为负。通过考虑金属接触边缘附近的金属接触引起的电位变化的模型计算，很好地再现了浸结构。明显为负的RC源于从金属接触到石墨烯沟道的载流子掺杂，并且当掺杂效应比精确地在接触处的实际接触电阻更大时出现。负RC可以出现在与诸如石墨烯的Dirac锥系统的金属接触处。
2012-04-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Unexpected Electron Transport Suppression in a Heterostructures Graphene MoS2 Multiple Field-Effect Transistor Architecture
我们展示了石墨烯-MoS 2架构集成多个场效应晶体管，我们独立地探测和关联的导电性能的范德华耦合石墨烯-MoS 2接触的MoS 2通道。器件的制造从高质量的单晶单层化学气相沉积生长和扫描拉曼和光致发光光谱的特点。将二硫化钼的跨导曲线与石墨烯接触条纹的电流-电压特性进行比较，揭示了对MoS 2曲线的n侧上的传输的显著抑制。基于从头算建模，该效应被理解为硫空位的捕获，这与直觉相反地取决于场效应，即使石墨烯接触层位于背栅和MoS 2沟道之间。
2022-01-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
MoS2 Field-effect Transistors with Graphene/Metal Heterocontacts
首次制备了以石墨烯/Ti为异质结的n型少层MoS 2场效应晶体管，在1 μm栅长下漏电流超过160 mA/mm，开关电流比为107.与没有石墨烯接触层的MoS 2 FET相比，在具有异质接触的情况下，在导通电阻的近2.1倍改进和接触电阻的3.3倍改进中证实了增强的电特性。还对MoS 2/石墨烯异质接触进行了温度依赖性研究，仍然揭示了其肖特基接触性质。采用传输长度法和改进的I-V法研究了MoS 2/石墨烯/金属异质接触结构的接触电阻和肖特基势垒高度。
2014-05-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Gate-controlled neuromorphic functional transition in an electrochemical graphene transistor
本研究在单层石墨烯晶体管中通过栅极控制实现了人工神经元与突触间神经形态功能的按需转换，利用可逆电化学反应调控电导率，为开发自适应神经网络提供了新机遇。
2023-12-31 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Effect of Edge Roughness on Electronic Transport in Graphene Nanoribbon Channel Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistors
报道了量子力学模拟结果，研究了石墨烯纳米晶金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）中边缘无序对输运的影响。边缘无序的添加显著降低了导通状态电流并增加了截止状态电流，并且在器件之间引入了广泛的可变性。这些效果会随着色带宽度的增加和边缘的平滑而减小。然而，带隙随着宽度的增加而减小，从而增加了带间隧穿介导的亚阈值漏电流，即使是完美的纳米带。这些结果表明，如果在制造过程中没有原子级精确的边缘控制，通过使用石墨烯来实现MOSFET性能增益将是困难的。
2007-12-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Selective Gas Sensing with a Single Pristine Graphene Transistor
我们表明，不同的化学品的蒸汽产生明显不同的影响，对石墨烯的低频噪声谱。在一项系统研究中发现，一些气体改变石墨烯器件的电阻而不改变其低频噪声谱，而其他气体通过诱导具有独特特征的洛伦兹分量来修改噪声谱。石墨烯装置中的洛伦兹噪声凸起的特征频率fc对于不同的化学品是不同的，并且对于四氢呋喃和氯仿蒸气分别从fc=10 - 20 Hz变化到fc=1300 - 1600 Hz。所获得的结果表明，低频噪声与其他感测参数的组合可以允许人们利用单个原始石墨烯晶体管实现选择性气体感测。我们用石墨烯进行气体传感的方法不需要石墨烯表面功能化或制造一系列设备，每个设备都被调谐到某种化学物质。
2012-04-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Suppression of 1/f Noise in Near-Ballistic h-BN-Graphene-h-BN Heterostructure Field-Effect Transistors
我们研究了Si/SiO_2衬底上的氮化硼-石墨烯-氮化硼异质结场效应晶体管的低频1/f噪声（f为频率）。该器件沟道是用包裹在两层六方氮化硼之间的单层石墨烯实现的。该晶体管在室温下的载流子迁移率在30000至36000 cm 2/Vs的范围内。已经确定，在这种器件中，归一化到沟道面积的噪声谱密度可以被抑制到5 x 10^-9 μm2 Hz^-1，这比Si/SiO2上的非封装石墨烯器件低x5 - x10倍。噪声抑制的物理机制归因于沟道中的载流子与SiO2栅介质中的陷阱和表面缺陷的屏蔽。所得结果对石墨烯的电子和光电应用具有重要意义。
2015-06-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Room-Temperature High On/Off Ratio in Suspended Graphene Nanoribbon Field Effect Transistors
我们已经制造了悬浮几层（1-3层）石墨烯纳米管场效应晶体管从解压缩多壁碳纳米管。电输运测量表明，电流退火有效地去除了悬浮的石墨烯纳米带上的杂质，揭示了石墨烯的固有双极传输特性。进一步增加退火电流在带中产生窄的收缩，导致形成大的带隙和随后的高开/关比（其可以超过104）。这种制造的器件是热稳定和机械稳定的：重复的热循环对它们的电性能几乎没有影响。该工作首次表明，通过控制电流退火可以在相对宽的石墨烯纳米晶（15 nm ~50 nm）中实现室温下的双极场效应特性和高开/关比。
2011-04-08 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
