Optoelectronic mixing with high frequency graphene transistors
石墨烯非常适合光电应用。它提供电信波长吸收、高频操作和CMOS兼容性。我们报告光电混合高达67 GHz的背栅石墨烯场效应晶体管（GFET）。我们还提出了一个模型来描述由此产生的混合电流。这些结果为用于毫米波应用（如电信和RADAR/LIDAR系统）的光电子混频器铺平了道路。
2019-05-23 physics.app-ph
Non-quasi-static effects in graphene field-effect transistors under high-frequency operation
我们已经研究了石墨烯场效应晶体管（GFET）中的非准静态（NQS）效应，由于显著的载流子惯性，这与GFET在高频下的操作有关。从漂移扩散方程与连续性方程耦合的解析解出发，导出了一个小信号NQS模型，该模型可用修正的第一类贝塞尔函数表示。NQS模型可以方便地简化，以提供准备用于标准电路仿真器的集总元件的等效电路。仅考虑一阶NQS效应，可以执行高达几倍截止频率（fT）的基于GFET的精确电路仿真。值得注意的是，当操作频率低于~fT/4时，它减少到准静态（QS）方法。为了验证NQS模型，我们将其结果与基于多段方法的模拟进行了比较，该方法包括将通道长度分解为QS模型描述的N个相等段。
2020-04-20 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Unveiling the impact of the bias-dependent charge neutrality point on graphene-based multi-transistor applications
石墨烯场效应晶体管（GFET）的狄拉克电压代表在沟道中设置电荷中性条件的栅极偏置，从而导致最小电导率。控制其对终端偏置的依赖性是基于多个GFET的射频应用的设计和优化的关键。然而，以前对单个器件进行的这种依赖性的分析可能会导致混淆，如果没有正确理解，可能会导致电路设计性能不佳。狄拉克点位移（DPS）的控制对于基于石墨烯的差分电路拓扑的部署特别重要，其中保持电平衡分支之间的严格对称性对于利用这种拓扑的优点至关重要。本说明阐明了终端偏置对实际器件中DPS的影响，并设置了严格的方法来控制它，以便最终优化和利用基于GFET的射频应用的性能。
2021-05-14 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
A Scalable Compact Model for the Static Drain Current of Graphene FETs
本研究首次提出基于物理的连续对称可扩展GFET紧凑模型，推导半经验表达式表征沟道尺寸对模型参数的影响，旨在建立行业标准模型以推动GFET从研究走向大规模工业生产。
2024-01-26 physics.app-ph
GFET Asymmetric Transfer Response Analysis through Access Region Resistances
石墨烯基器件计划用于增强射频（RF）电子学中Si和III-V基技术的功能。设计具有增强RF性能的石墨烯{场效应}晶体管（GFET）的期望已经吸引了大量的实验努力，主要集中在实现高迁移率样品上。然而，很少有人注意到，到目前为止，在这些设备中的访问区域的作用。\mbox{Here, we analyse}详细地，通过数值模拟，GFET传输响应如何受到这些区域的严重影响，表明它们在GFET中通常观察到的不对称饱和行为中起着重要作用。我们还研究了接入区电导率的调制（即，通过背栅的影响）和石墨烯层中存在缺陷（例如，电荷坑）影响转移响应。分析扩展到评估的应用GFET的RF应用，通过~评估其截止频率。
2019-11-14 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Graphene Klein tunnel transistors for high speed analog RF applications
我们提出石墨烯克莱因隧道晶体管（GKTFET）作为一种方式，以加强电流饱和，同时保持高速射频（RF）应用的大迁移率。GKTFET由一系列成角度的石墨烯pn结（GPNJ）组成。Klein隧穿产生跨每个GPNJ的电子的准直，使得跨连续结的传输波瓣之间缺乏实质性重叠产生栅极可调谐的传输间隙，而不会显著损害导通电流。在器件边缘的电子散射倾向于将寄生态泄放到间隙中，但是所得到的赝间隙仍然足以产生饱和输出（$I_D-V_D$）特性和高输出电阻。调制态密度产生比GFET更高的单位电流增益截止频率（$g_m$）和单位电流增益截止频率（$f_T$）。更重要的是，高输出电阻使得GKTFET的单位功率增益截止频率（$f_{max}$）比GFET大得多，使得模拟GKTFET可能用于RF电子器件。我们的估计表明，具有1 $μ$ m沟道的GKTFET的$f_T$ / $f_{max}$达到33 GHz/17 GHz，并且对于100 nm沟道可扩展到350 GHz/53 GHz（假设单个可扩展梯形栅极）。GKTFET的$f_{max}$比具有相同沟道长度的GFET高10倍。
2017-08-02 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Active Dual-Gated Graphene Transistors for Low-Noise, Drift-Stable, and Tunable Chemical Sensing
针对传统单栅石墨烯场效应晶体管传感器在液体环境中漂移大、噪声高、放大不足的问题，本文提出集成高k背栅与电解质顶栅的双栅架构搭配反馈偏置，最优模式实现20倍增益、15倍以上漂移降低及7倍信噪比提升，可用于多场景无标记分子检测。
2025-09-04 cond-mat.mes-hall cs.SY eess.SY
Dielectrophoresis-Enhanced Graphene Field-Effect Transistors for Nano-Analyte Sensing
University of Minnesota（明尼苏达大学）
本研究提出利用石墨烯场效应晶体管实现纳米颗粒和生物分子的高效电传感，通过工程化纳米位点提升捕获效率并实现快速检测。
2024-12-16 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Variability and Reliability of Graphene Field-Effect Transistors with CaF2 Insulators
本研究首次在GFETs中采用2nm厚外延CaF2作为栅极绝缘层，发现其迟滞和偏压温度不稳定性与SiO2和Al2O3器件相当，在约1nm EOT下实现低于0.01V的小迟滞，证明CaF2是高稳定性GFETs的理想绝缘材料。
2023-09-20 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Geometrical magnetoresistance effect and mobility in graphene field-effect transistors
用于高频电子器件的石墨烯场效应晶体管（GFET）的进一步发展需要精确评估和研究特定器件中载流子的迁移率。在这里，我们证明了在GFET的迁移率可以直接使用几何磁阻（GMR）效应的特点和研究。该方法不受其他方法的限制，因为它不需要假设恒定的迁移率和栅极电容的知识。在宽范围的横向磁场中对几组GFET的研究表明，GMR效应在高达约0.55 T时占主导地位。在更高的磁场中，物理磁阻效应开始起作用。GMR方法的优点使我们能够解释测量的迁移率对栅极电压的依赖性，即，载流子浓度，并确定相应的散射机制。特别是，相当恒定的迁移率的范围与占主导地位的库仑散射。在较高的载流子浓度的流动性的降低与声子散射的贡献。分析表明，GMR迁移率通常比通过常用的漏极电阻模型发现的迁移率高2-3倍。后者低估了迁移率，因为它没有考虑界面电容。
2022-06-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.other physics.app-ph
Does carrier velocity saturation help to enhance fmax in graphene field-effect transistors?
有人认为，需要石墨烯场效应晶体管（GFET）中的电流饱和以获得最高可能的最大振荡频率（fmax）。本文数值研究是否速度饱和可以帮助得到更好的电流饱和，如果与增强fmax。为此，我们使用了漂移扩散模拟器，其中包括几个因素，影响输出电导，特别是在短沟道长度和或大漏极偏压：短沟道静电，饱和速度，石墨烯介电界面陷阱，和自热效应。作为我们研究的测试平台，我们分析了具有高截止频率fT，x（34 GHz）和fmax（37 GHz）的GFET。我们的模拟允许微观（本地）分析的通道parameteres，如载流子浓度，漂移和饱和速度。对于远离狄拉克电压的偏置，其中沟道表现为单极，我们证实了漂移速度越高，尽可能接近饱和速度，fmax越大。然而，在接近单极和双极行为之间的交叉处的偏置处记录最大fmax，其中不认为最高漂移速度使fmax最大化。事实上，最大fmax的位置和幅度取决于载流子浓度和总速度之间的复杂相互作用，而载流子浓度和总速度又受到自加热的影响。重要的是，发现这种效应严重限制了射频性能，将最大fmax从60 GHz左右降低到40 GHz。
2019-10-18 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
Scalable Graphene Aptasensors for Drug Quantification
非常需要用于治疗药物水平监测的更简单和更快速的方法，以能够在护理点使用。我们已经开发了一种全电子方法，用于检测HIV药物替诺福韦，该方法基于用市售DNA适体功能化的石墨烯场效应晶体管（GFET）阵列的可扩展制造。GFET的狄拉克电压的偏移随着去离子水中替诺福韦的浓度而系统地变化，检测限小于1 ng/mL。针对一组阴性对照品的试验证实了探头响应的特异性。这种方法提供了进一步发展成为具有临床相关性能的快速方便的床旁工具的潜力。
2017-12-12 physics.app-ph
Bias Dependent Variability of Low Frequency Noise in Single Layer Graphene FETs
本文首次研究了石墨烯晶体管（GFET）中的低频噪声（LFN）变化。LFN从一个足够的统计样本的长沟道溶液栅单层GFET的测量在很宽的工作条件范围内，而基于物理的分析模型推导出，占LFN方差的偏置依赖性与显着的性能。理论证明和实验验证了GFET中LFN偏差源于产生LFN的物理机制。因此，由于捕获/去捕获过程和迁移率波动Dm（它们是LFN的主要原因）导致的载流子数DN同样将其可变性定义为其平均值。DN解释了归一化LFN方差相对于栅极偏压的M形，在电荷中性点（CNP）处具有最小值，因为它是归一化LFN平均值的情况，而Dm仅在CNP附近贡献方差和平均值。陷阱的统计性质实验表明，不同于经典的泊松分布在硅氧化物器件，这可能是由电解质界面在GFET的研究。总体而言，GFET技术的发展仍处于不成熟的阶段，这可能会导致关键的不一致性，影响相同工艺的GFET的标度律。
2020-06-04 cond-mat.other physics.app-ph
Scaling of graphene field-effect transistors supported on hexagonal boron nitride: radio-frequency stability as a limiting factor
由于使用六方氮化硼作为支撑层，纳米器件中石墨烯的质量大大提高。本文研究了在石墨烯场效应晶体管（GFET）中可以在多大程度上利用hBN以及沟道长度缩放以获得有竞争力的射频（RF）性能。载流子迁移率和饱和速度从解释相关散射机制（固有声子、与杂质和缺陷的散射等）的系综Monte Carlo模拟器获得。该信息被馈送到自洽模拟器中，该模拟器求解与二维泊松方程耦合的漂移扩散方程以充分考虑短沟道效应。模拟GFET特性的基准对我们制造的设备的实验数据。我们的模拟表明，可扩展性应该带来RF性能的改善，但是，高度限制的不稳定性。尽管可能会降低性能，但仔细选择偏置点可以避免不稳定性。尽管如此，最大振荡频率仍然是可实现的太赫兹区域的通道长度为几百纳米。
2017-10-04 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
An extraction method for mobility degradation and contact resistance of graphene transistors
本征迁移率退化系数，接触电阻和石墨烯场效应晶体管（GFETs）的介电常数参数提取不同的技术，通过考虑一种新的传输模型，包括迁移率退化的影响内的电荷沟道控制描述。通过考虑基于迁移率退化的模型，通过将公知的Y函数的概念应用于\textit{I-V}器件特性，能够实现之前未提供的直接提取方法。该方法的工作原理与栅极器件架构无关。通过使用提取的参数与底层的输运方程实现了对所制造的器件的实验数据的准确描述。还提供了由这里提取的参数实现的沟道电阻的评估。
2022-06-01 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Imaging graphene field-effect transistors on diamond using nitrogen-vacancy microscopy
已经提出了基于金刚石中的氮空位（NV）传感器的集合体的成像技术应用于微电子器件，但是NV感测与操作门控器件的兼容性仍然在很大程度上未被探索。在这里，我们直接在金刚石表面上制造石墨烯场效应晶体管（GFET），并通过NV显微镜对其进行观察。门控石墨烯内的电流密度是根据NV磁力测量法在主要是p型和n型掺杂下重建的，但发现确切的掺杂水平受到测量的影响。此外，我们观察到一个令人惊讶的大调制的电场在金刚石表面下施加的栅极电位，看到在NV光致发光和NV电测量，表明氧化物-石墨烯-金刚石结构的复杂的静电响应。可能的解决方案，以减轻这些影响进行了讨论。
2019-05-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Low-frequency noise parameter extraction method for single layer graphene FETs
本文基于最近建立的紧凑型低频噪声模型，提出了一种详细的参数提取方法，用于单层（SL）石墨烯晶体管（GFET）的低频噪声（LFN）。测量了两种短沟道背栅GFET（L=300，100 nm）在较低和较高漏电压下的漏电流和LFN，栅电压范围从电荷中性点（CNP）到p型工作区的CNP。电流-电压（IV）和LFN数据也可从长沟道SL顶部溶液栅控（SG）GFET（L=5 μ m）获得，用于靠近和远离CNP的p型和n型区域。在每一个这些制度，适当的IV和LFN参数可以准确地提取。关于LFN，迁移率波动效应在CNP处占主导地位，并且从那里可以提取Hooge参数aH，而载流子数量波动贡献是众所周知的M形偏置依赖性的输出噪声除以平方漏极电流，也在我们的数据中观察到，使得提取与陷阱数量相关的NT参数成为可能。在不太可能的情况下，一个λ形的趋势，NT和aH可以同时从CNP附近的区域提取。除了CNP之外，接触电阻对LFN也有很大的影响，并由此定义了相关参数SDR ^[2]。上述LFN参数可以从低漏极电压操作区域估计，其中速度饱和（VS）机制的影响可以忽略。在较高的漏极电压下，VS效应导致LFN的降低，由此可以从漏极电流和LFN数据中导出代表声子能量并与VS效应相关的IV参数hOmega。
2020-05-01 physics.app-ph
Graphene-Quantum Dot Hybrid Photodetectors from 200 mm Wafer Scale Processing
本文展示了200 mm晶圆级工艺平台用于大规模生产GFET-QD混合光电探测器，实现96%高良率、宽光谱高响应度及CMOS集成，验证了红外光电探测器批量制造与成像应用的潜力。
2023-03-01 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Graphene on Silicon Hybrid Field-Effect Transistors
本研究提出了一种独特的硅基石墨烯异质结构溶液栅极场效应晶体管，通过电学表征和基于物理的紧凑模型，揭示了石墨烯作为硅沟道屏蔽层导致电势分布不均并影响亚阈值摆幅的混合输运机制。
2022-04-20 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Graphene Heterostructure-Based Non-Volatile Memory Devices with Top Floating Gate Programming
本文提出一种基于双栅石墨烯场效应晶体管的非易失性存储平台，利用顶部浮栅实现高效可逆编程，具有宽存储窗口、超9800次循环耐久性及按需擦除功能，适用于二维闪存和低温电子学。
2025-07-10 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Contactless method to measure 2DEG charge density and band structure in high electron mobility transistor structures
我们提出了一种非接触式的方法，能够表征高电子迁移率晶体管异质结构在晶片阶段，在其生长后，在任何生产过程已经尝试之前，提供平衡能带结构和量子阱中的二维电子气的电荷密度。因此，该方法可以评估关键的晶体管参数，并有助于筛选出低性能的晶片之前，实际的制造。为此，我们使用一个简单的光学光谱在室温下，测量的表面光电压带边响应的异质结构，并使用一个模型，考虑到内置的电场的影响，在层和异质结的光吸收，以评估带隙，带偏移，和内置的字段。量子阱电荷然后从内建场计算。该方法的主要优点是它的能力，同时在一个单一的测量提供所有不同的层在典型的异质结构的信息。该方法不限于高电子迁移率晶体管结构，而是可以用于任何其它异质结构。它为后硅多层多半导体异质结构器件时代的新型表征方法打开了大门。
2018-02-19 physics.app-ph
Design and Simulation of a III-Nitride Light Emitting Transistor
本文设计并仿真了单片集成三端栅控III族氮化物LED器件，分析沟道参数对压降和开关电荷的影响，证明该结构可实现低压降并将开关电荷降低一个数量级。
2024-04-07 physics.app-ph
Characterizing Germanium Junction Transistors
晶体管是现代电子学的基础。作为相对复杂的设备，并且经常表现出强烈的参数变化，这种类型的电子设备激发了很多研究兴趣，特别是关于它们的表征和建模。在这项工作中，我们应用最近报道的建模方法，早期效应的基础上，新老股票NPN和PNP小信号锗结型晶体管的特点，并比较它们更现代的硅双极结型器件。厄里方法的特殊之处在于其两个参数，即厄里电压$V_a$和比例参数$s$是固定的并且与晶体管操作无关。获得了显着的结果，包括这样的事实，即所考虑的四个组，即NPN和PNP锗和硅器件，在早期参数空间中占据了大部分非重叠区域，PNP器件在这两种情况下都呈现出较大的参数变化。令人惊讶的是，所考虑的锗器件表现出比硅对应物所观察到的更小的参数可变性。当映射到由电流增益和输出电阻参数定义的更传统的空间时，四个晶体管组表现出更大的重叠，并且产生比早期映射所允许的更不有序的聚类结构。这一结果表明，早期表示的晶体管是更兼容的，并与放大设备的结构，如在这项工作中考虑的内在相关。此外，已经证实，对于增益分别为130和250，锗和硅器件的每个NPN-PNP对的质心分别与相应的$β$等值线相交。锗器件的特征还在于具有较小的输出电阻和较小的厄利电压幅度。
2018-01-28 physics.app-ph
Achieving short high-quality gate-all-around structures for horizontal nanowire field-effect transistors
介绍了一种环栅纳米线场效应晶体管的制作方法。使用抗蚀剂-沟槽对准技术将单个纳米线垂直于下面的底栅对准。然后，顶栅被限定为与底栅对准，以形成栅全包围结构。该方法克服了在先前的水平卷绕栅极纳米线晶体管中由于栅极由湿法蚀刻限定而出现的最小可获得栅极长度和栅极长度控制的显著限制。在这里提出的方法中，栅极长度控制受到电子束光刻工艺的分辨率的限制。我们证明了我们的方法的多功能性，通过制造一个独立的底栅，顶栅，和栅极全包围结构的设备，以及一个设备与三个独立的栅极全包围结构与300 nm，200 nm，和150 nm的栅极长度。我们的方法使我们能够实现亚阈值摆幅低至38 mV/dec在77 K的150 nm的栅极长度。
2018-10-08 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Work Function Engineered Charge Plasma-Germanium Double Gate Tunnel Field Effect Transistor for Low-Power Switching Applications
在这里，我们提出了一种基于电荷等离子体（CP）的锗双栅隧道场效应晶体管（Ge-DGTFET）器件结构，其中CP是在重掺杂的源极区使用源电极的功函数工程诱导。CP使TFET的电冶金结的产生成为可能，并将TFET的n-p-n结构转变为p-n-p-n结构，提高了漏电流，可靠性，消除了额外的口袋离子注入。与传统的Ge-DGTFET器件结构相比，所提出的CP-Ge-DGTFET器件结构显示出优异的直流电性能，例如分别为~4.7E-4 A/um、~1.8E9和~5.23 mV/dec的高导通电流（ION）、优异的ION/IOFF比和低亚阈值摆幅。此外，模拟/RF分析显示，高介电常数，直立截止频率，低的总电容，渡越时间，和功率延迟产品。因此，所提出的具有交替沟道材料Ge、高- \k{appa} Al 2 O3和在源极区中的功函数工程CP的CP-Ge-DGTFET器件结构为下一代节能开关应用提供了高性能和成本效益的解决方案。
2022-12-28 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Useful Circuit Analogies to Model THz Field Effect Transistors
本文利用电子流体模型与射频腔的类比，建立太赫兹FET器件参数与RLC及传输线等效电路元件的关系，并通过PSpice仿真与解析方程对比验证。
2023-07-14 physics.app-ph physics.plasm-ph
ZnO-based Semiconductors and Structures for Transistors, Optoelectronic Devices and Sustainable Electronics
本文综述了ZnO基半导体的关键性质、沉积方法及其在薄膜晶体管、光电器件和可持续电子中的广泛应用前景。
2024-11-20 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
