基于栅极功能化捕获甲胎蛋白的溶液栅控石墨烯晶体管生物传感器

甲胎蛋白(AFP)被认定为肝癌的生物标志物,因此开发出一种操作简单、灵敏度高的AFP检测手段对肝癌的检测具有重要的临床意义。本研究设计了无标记电位型溶液栅石墨烯晶体管(SGGT)生物传感器,在栅电极上电沉积纳米金用来捕获抗体AFP,使用牛血清白蛋白(BSA)来封闭活性位点,最终抗原AFP被抗体特异性识别结合在电极上。在该研究中,抗体AFP、BSA和AFP的等电点均小于中性的PBS测试液,因此带负电荷,导致界面电势发生变化,最终引起转移曲线中性点的偏移。实验表明该生物传感器对甲胎蛋白的检测具有较好的线性关系:ΔI_(DS)=45.42lg c+4.98,在5~200 ng/mL的检测范围内,检测限低至1.00 ng/mL。该方法为甲胎蛋白的检测分析提供了一个可行的方法,并期望构建便携式传感器,实现高通量的分析检测。

冠醚功能化的栅控石墨烯场效应晶体管的制备及对汞离子的检测

Hg^(2+)是一种具有生物蓄积性和毒性的重金属,对环境和人类健康均可造成严重损害.因此,开发便捷的Hg^(2+)传感器非常必要.本文基于溶液栅控石墨烯场效应晶体管的优异性能,通过氮硫杂冠醚的尺寸效应以及冠醚与Hg^(2+)的螯合作用来特异性识别Hg^(2+),制备了一种冠醚功能化栅极的溶液栅控石墨烯场效应晶体管(SGGT)传感器.该SGGT传感器因其固有的信号放大功能而比传统电化学检测Hg^(2+)更灵敏,其检出限为1×10^(−12) mol/L,比传统电化学传感器降低了2~3个数量级,在1×10^(−12)~1×10^(−7) mol/L检测范围内,狄拉克点的变化值与目标物浓度的对数值之间存在良好的线性关系,同时具有极高的选择性.对实际湖水样品的检测效果良好,对Hg^(2+)的检测标准偏差为1.10%~3.77%.本文结果表明,该晶体管传感器可以对Hg^(2+)进行高选择和高灵敏检测.

石墨烯半浮栅场效应晶体管的制备与电学特性研究

基于石墨烯材料的半浮栅场效应晶体管因其非易失性的存储特性而被广泛研究。通过定点转移工艺制备了一种以少层石墨烯为沟道,六方氮化硼作为隧穿势垒层,石墨烯作为半浮栅电荷俘获层的石墨烯场效应晶体管。由于其独特的半浮栅结构,器件的转移特性曲线出现双狄拉克点。对器件转移特性曲线双狄拉克点现象进行了系统理论分析。另外,得到石墨烯浮栅器件的稳定保留特性,在200 s内,器件存储擦除电流差可以维持在20μA左右。所提出的研究有助于实现基于半浮栅结构的二维材料多功能光电子器件。

石墨烯场效应晶体管的光响应特性研究

采用电子束曝光和剥离工艺制备石墨烯场效应晶体管,并研究其光电响应特性。结果表明,当激光光斑(波长为633 nm)照射在金属电极边缘的石墨烯沟道时,可测得明显的光电流。背栅电压能够有效调制光电响应,可以改变光电流的大小和方向。在背栅调控下,光电流出现饱和现象,石墨烯晶体管的光响应度最大达到46.5μA/W,可用于构建基于石墨烯的新型光探测器。

石墨烯晶体管的加工及测试研究

石墨烯晶体管因其超高响应频率和超小的体积成为新一代半导体基础器件的发展趋势。针对不同结构的石墨烯晶体管在电学特性上存在差异,通过化学气相沉积法(CVD)在铜箔上生长石墨烯薄膜,转移石墨烯薄膜到Si/SiO2基底上,经过光刻、等离子体刻蚀、电子束蒸发和ALD等工艺制备出顶栅结构的石墨烯晶体管和背栅结构的石墨烯晶体管,通过测试两种结构的石墨烯晶体管,比较了顶栅结构的晶体管和背栅结构的晶体管的栅调制效果和开关比。分析得到,顶栅结构的石墨烯晶体管的栅调制效果和开关比好于背栅结构的石墨烯晶体管。

双层石墨烯在栅压调控下的各向异性刻蚀

石墨烯纳米结构在纳电子学研究领域表现出了良好的应用前景.氢等离子体各向异性刻蚀技术是加工石墨烯精细纳米结构的关键技术之一,可以实现10 nm以下平整的锯齿型石墨烯纳米带的可控加工.本文系统研究了外加电场对石墨烯各向异性刻蚀效应的影响,利用外加栅压实现了氧化硅衬底上的双层石墨烯各向异性刻蚀速率的调控.在±30 V栅压变化范围内,刻蚀速率比可达45.由此不仅可以提高大批量加工石墨烯纳米结构的效率,还可以实现5 nm以下极小尺寸石墨烯纳米带的可控加工.研究结果为石墨烯精细纳米结构器件的高效批量加工提供了思路.

金属光栅增强石墨烯宽谱响应光电探测器

光电探测器在通信、检测和医疗等领域应用广泛,随着航空航天、夜视、遥感、热成像、汽车互联和消费电子等行业的发展,人们对超宽带探测器的需求也越来越迫切。现有的超宽带探测是使用不同材料、不同探测频段的多个光电探测器,集成度不高,阻碍了上述应用的发展。因此设计了石墨烯微米条–金属光栅复合结构的光电探测器,该器件在太赫兹、红外和可见光波段都可产生光电响应。在可见光范围内,金属光栅将探测器的探测灵敏度从1.1 mA/W显著提高至2.5 mA/W。该研究为基于石墨烯的超宽带光电探测器的设计提供了新的思路。

具有石墨烯辅助导电层的碳纳米管射频场效应晶体管

采用纯度高于99%的半导体型单壁碳纳米管分散液制备碳纳米管无序网络作为射频场效应晶体管的有源沟道材料,使用单层石墨烯作为器件源漏的辅助接触电极,研制出T型栅结构的碳纳米管射频场效应晶体管。采用石墨烯加强晶体管器件的欧姆接触,降低器件的寄生电阻和寄生电容,提高器件的高频性能。实验制备的碳纳米管射频晶体管沟道长度为90nm左右,电流增益截止频率f_T达到13.5GHz,最大振荡频率f_(max)达到10.5GHz,体现了碳纳米管在射频器件应用领域的技术潜力。

腐蚀溶液对石墨烯转移质量和GFET性能的影响

对比分析了过硫酸铵（APS）与三氯化铁（FeCl3）两种腐蚀溶液对转移后石墨烯质量的影响。结果表明,采用FeCl3腐蚀溶液转移后的石墨烯表面会引入Fe和Cl离子,而APS腐蚀溶液转移后的石墨烯表面基本未引入杂质。将两种转移到Si O2/Si基底上的石墨烯样品蒸镀100 nm厚的金的源漏电极后分别制成了石墨烯场效应晶体管（GFET）,并在室温下对其进行了电学性能测试。测试结果表明,相对于FeCl3腐蚀溶液转移的石墨烯样品制成的器件,采用APS腐蚀溶液转移的石墨烯样品制成器件的狄拉克点从75 V左右降低到了0 V左右,载流子迁移率从823 cm^2/（V·s）提升到了1 324 cm^2/（V·s）。因此,采用APS腐蚀溶液转移石墨烯引入杂质更少,制备的器件性能更优越。

柔性有机铁电栅石墨烯场效应晶体管的制备与特性研究

针对柔性场效应晶体管直接在柔性衬底上进行器件制备时的机械损伤问题,提出一种基于无损转移法的柔性有机铁电栅石墨烯场效应晶体管制备方法。器件的微纳加工过程完全在刚性衬底上完成,再通过液相法转移到柔性衬底上,可以有效避免器件制备过程引入的应力对性能的损伤。实验结果表明,转移至PET衬底上的柔性有机铁电栅石墨烯场效应晶体管仍具有典型的铁电滞回特性,且滞回窗口大于20V。经过1000次弯折之后,器件的滞回窗口仅有约14%的降低,证明了所制备柔性石墨烯晶体管器件具有优异的耐弯折特性。本研究可为柔性可穿戴电子系统的研制提供研究方案与解决问题的思路。

内置石墨烯传感器的微流控芯片可检测微小样本中的细菌

据Ono T 2019年6月12日[Nano Lett,2019,19(6):4004-4009.]报道,日本大阪大学的研究人员利用石墨烯场效应晶体管对极低浓度的细菌样本展开检测活动成功,比如导致胃溃疡的幽门螺杆菌。石墨烯是一种由碳原子组成的二维材料,并且拥有许多物理的特性。在被当做场效应晶体管时,它可以检测施加在其表面是哪个的轻微物理力,因此特别适合针对微观样本的小检测。

北大在碳晶体管,哈工大在金刚石芯片均取得进展

前段时间,以彭练矛为首的北大科研团队传出喜讯,在以石墨烯为基础的碳基领域取得了突破,不仅掌握了整套碳基CMOS集成电路无掺杂的制备技术,而且还制作出了栅长达5nm工艺的碳晶体管,尺寸方面比肩市场上主流的硅基晶体管。这无疑是一项中国式“奇迹”,因为中科院的8英寸石墨烯已经让我们领跑全球了,如今的碳基技术更是展开了碳基芯片的蓝图,其他各国只能望其项背。

石墨烯的量子电容

量子电容在半导体纳米材料和器件中是一个日趋重要的参数,测量和提取石墨烯的量子电容,不仅可以得到石墨烯的重要物理性质,而且对石墨烯晶体管的尺寸缩减行为具有重要指导意义.文章中采用简单工艺在石墨烯上制备出均匀超薄的高质量Y2O3栅介质,其等效栅氧厚度(EOT)可缩减至1.5nm,通过控制栅介质厚度的变化,精确测量并提取了石墨烯量子电容,其电容值在远离狄拉克点时与理论计算相符合;在此基础上,文章作者提出了基于电势涨落的量子电容微观模型,通过采用单一参数——电势涨落δV,可以定量地描述Dirac点附近的量子电容行为,从而在全能量范围内实现对石墨烯量子电容测量值的完美拟合,并得到了石墨烯的相关重要参数.进而,作者从量子电容的角度,探索了石墨烯晶体管的性能极限,并比较其相对于Ⅲ-Ⅴ族场效应晶体管的潜在优势.

纳米氧化铈掺杂菊芋桔杆芯碳材料的制备及对日落黄的检测

文章采用热解经硝酸铈浸渍的菊芋秸秆芯(Jerusalem artichoke straw,JAS)制备负载氧化铈纳米颗粒的生物碳材料,表征CeO_(2)/JAS材料的理化性质,并分析其在电化学应用方面的潜力。该材料被修饰在电解质溶液栅控石墨烯场效应晶体管(solution-gated graphene field-effect transistor,SGGT)的栅极上,在模拟的软饮料体系中完成对色素的检测,其中对日落黄的响应最好,该修饰的栅极对日落黄的检测限为300 nmol/L,灵敏度曲线斜率为29.2。一系列实验结果表明,CeO_(2)/JAS材料可以很好地提升对日落黄的检测性能。因此,该研究为其在电化学领域的应用提供了一定参考,并且对农业废弃物资源再利用与食品安全检测均具有一定的意义。

业界要闻

国内新闻清华大学集成电路学院团队首次实现亚1nm栅极长度晶体管近日,清华大学集成电路学院任天令教授团队在小尺寸晶体管研究方面取得重大突破,首次实现了具有亚1nm栅极长度的晶体管,并具有良好的电学性能。据悉,为进一步突破1nm以下栅长晶体管的瓶颈,该研究团队巧妙利用石墨烯薄膜超薄的单原子层厚度和优异的导电性能作为栅极.

无结场效应管——新兴的后CMOS器件研究进展(续)

<正>EEACC:2500目前,在衬底上形成石墨烯的主要方法有:(1)石墨晶体表面剥离/转移方法。采用胶带从石墨晶体表面剥离一层石墨烯并转移到衬底上[107]。(2)化学气相沉积/转移方法。大约在800~1 000°C温度下,将石墨烯生长在金属催化剂膜上,然后剥离转移到别的衬底上[123]。(3)SiC表面分解方法。在1 200~1

简讯

2022年国内科技新闻(一)1.首次制成栅极长度最小的晶体管清华大学集成电路学院团队首次制备出亚1纳米栅极长度的晶体管,该晶体管具有良好的电学性能。相关成果在线发表在3月15日的《自然》杂志上。为进一步突破1纳米以下栅长晶体管的瓶颈,清华大学团队巧妙利用石墨烯薄膜作为栅极,通过石墨烯侧向电场来控制垂直的二硫化钼(MoS2)沟道的开关,从而实现等效的物理栅长为0.34纳米。