石墨烯场效应晶体管的X射线总剂量效应

本文针对不同结构、尺寸的石墨烯场效应晶体管(graphene field effect transistors,GFET)开展了基于10 keV-X射线的总剂量效应研究.结果表明,随累积剂量的增大,不同结构GFET的狄拉克电压V_(Dirac)和载流子迁移率μ不断退化;相比于背栅型GFET,顶栅型GFET的辐射损伤更加严重;尺寸对GFET器件的总剂量效应决定于器件结构;200μm×200μm尺寸的顶栅型GFET损伤最严重,而背栅型GFET是50μm×50μm尺寸的器件损伤最严重.研究表明:对于顶栅型GFET,辐照过程中在栅氧层中形成的氧化物陷阱电荷的积累是V_(Dirac)和μ降低的主要原因.背栅型GFET不仅受到辐射在栅氧化层中产生的陷阱电荷的影响,还受到石墨烯表面的氧吸附的影响.在此基础上,结合TCAD仿真工具实现了顶栅器件氧化层中辐射产生的氧化物陷阱电荷对器件辐射响应规律的仿真.相关研究结果对于石墨烯器件的抗辐照加固研究具有重大意义.

基于石墨烯-钙钛矿量子点场效应晶体管的光电探测器

以等离子增强化学气相沉积法制备的石墨烯作为导电沟道材料,将其与无机CsPbI_3钙钛矿量子点结合,设计并制备了石墨烯-钙钛矿量子点场效应晶体管光电探测器.研究和分析了石墨烯作为场效应晶体管的电学特性及其与钙钛矿量子点结合作为光电探测器的光电特性.结果表明,石墨烯在场效应晶体管中表现出良好的电学性质,其与钙钛矿量子点的结合对波长为400 nm的光辐射具有明显的光响应,在光强为12μW时器件光生电流最大为64μA,响应率达6.4 A·W^(-1),对应的光电导增益和探测率分别为3.7×10~4,6×10~7Jones(1 Jones=1 cm·Hz^(1/2)·W^(-1)).

石墨烯场效应晶体管电子识别葡萄糖

以铜箔为衬底,采用化学气相沉积的方法制备大面积单层石墨烯薄膜并制备相应的石墨烯场效应晶体管,过氧化氢电子识别研究表明,石墨烯场效应晶体管的电性能对由过氧化氢产生的外来干扰非常灵敏。利用末端带有吡啶环功能基团的葡萄糖氧化酶对石墨烯场效应晶体管进行表面改性后,葡萄糖电子识别结果表明其器件对葡萄糖有非常灵敏的电子识别性能,其检测下限小于0.1 mM,且具有生物传感器响应快、稳定性好的特点。

石墨烯场效应晶体管研究进展

制备场效应晶体管的石墨烯主要分三种类型:大面积单层石墨烯、石墨烯纳米带和双层石墨烯片。文中介绍了这三类石墨烯场效应晶体管器件的研究进展和标志性成果,探讨了石墨烯对于场效应晶体管的影响。研究认为:与大面积单层石墨烯晶体管相比,由石墨烯纳米带制得的石墨烯场效应晶体管的开关比和电流密度等性能能够大幅度提升,可应用于逻辑电路;与大面积单层石墨烯和石墨烯纳米带相比,双层石墨烯晶体管具有更高的开关比,因此其实际应用的潜力最大。

基于石墨烯场效应晶体管的研究进展

在传统硅基器件日益趋近物理极限的背景下,石墨烯场效应晶体管(GFET)作为一种新型纳米器件受到广泛的关注。介绍了GFET的主要器件结构,分析了GFET的工作原理及其基本的电特性。对比论述了4种石墨烯的带隙调控方法,得出化学掺杂法和量子限制法在调控石墨烯带隙方面比外加电场调节法和引入应力法更具有实用价值。重点探讨了几种GFET有源层石墨烯薄膜的制备方法:外延生长法、剥离法、化学气相沉积法(CVD)、氧化石墨烯还原法、旋涂法以及喷涂法,并对比分析了各种制备方法的优缺点。最后概述了GFET的应用前景和挑战。

背栅单层石墨烯场效应晶体管的构建及可靠性研究

采用低压化学气相沉积法(LPCVD)制备了高质量的单层石墨烯薄膜,通过湿法转移将所制备的单层石墨烯无损覆盖到两条平行粘贴在SiO2/Si衬底上的热释放胶带表面,胶带间距约500μm,进而对试样进行加热和切割,获得与SiO2/Si衬底紧密结合的石墨烯条带(约10 000μm×500μm),最后采用掩膜法在石墨烯条带上蒸镀金电极,构建成背栅石墨烯场效应晶体管。该方法简单易行,电学性能测试结果表明,石墨烯与金电极具有良好的欧姆接触,室温下,石墨烯的空穴迁移率约为735cm2/(V·s),且表现出了石墨烯所特有的双极性特征。背栅石墨烯场效应晶体管转移特性曲线表现出了滞回行为,且随着施加栅压的增大,滞回行为越来越显著,展示出高的性能可靠性。

石墨烯制备新方法及其在场效应晶体管中的应用

石墨烯具有非常优异的电学、热学和力学性质,是一种有重要应用前景的二维新材料。单晶石墨烯具有高于商用硅片几十倍的载流子迁移率(理论可达2×10^5cm^2/V·s)以及优良的电子传输特性,在微纳电子器件领域有着重要应用前景。石墨烯基微纳电子器件的设计及性能提升得益于单晶石墨烯品质的提高,这依赖于制备方法的改进和技术新突破。从石墨烯基本特性出发,介绍了石墨烯的制备和表征方法,以微纳电子器件应用为目的,总结了当前有应用前景的石墨烯制备新方法和新工艺,包括"智能衬底"CVD法"、点籽晶"诱导生长法和"内外碳源协同"法。最后,简单介绍了石墨烯在场效应晶体管中的新应用。

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。

表面粗糙对石墨烯场效应晶体管电流的影响

建立了单栅石墨烯场效应晶体管处于栅氧化层界面平整时的电流模型,在此基础上分析氧化层界面粗糙度对源漏电流的影响.研究表明:粗糙界面会导致源漏电流有所下降;且粗糙度越大,源漏电流下降越多.

基于石墨烯场效应晶体管免疫传感器医学检测中应用的探讨

免疫检测方法种类繁多，在医学检测中有一定应用，然而传统方法存在某些亟待改进的地方。随着纳米技术和电子技术迅猛发展，生物传感器开始被用于医学检测中。其中，基于石墨烯场效应晶体管（FET ）免疫传感器由于灵敏性和特异性高、反应快、免标记等优势已开始应用于医学检测中。自第1个生物传感器发明［1］，科学家对于生物传感器研究越发热门，并发表大量相关文献。其中，免疫传感器作为生物传感器引起广泛重视。近年来，随着纳米技术和现代电子技术迅猛发展，基于石墨烯FET用于制备免疫传感器吸引了广泛研究，并已被用于检测各种生物分子。传统免疫检测方法包括放射免疫法、酶标免疫法、化学免疫发光法、荧光免疫法等，上述方法灵敏性和特异性不高，需要荧光或放射性元素标记，操作复杂，耗时长［2］。基于石墨烯FET免疫传感器与传统检测方法相比，在灵敏性和选择性上都占一定优势，且不需要标记，分析速度快，试剂消耗少，非常适用于生物分子检测，可预见其未来将在医学检测中发挥更大作用。

基于石墨烯场效应晶体管的光电混频器研究

研究了基于石墨烯场效应晶体管(GFET)的光电混频器(Optoelectronic Mixer,OEM)。器件采用叉指电极结构,增大了器件的光吸收效率,并避免了顶栅结构栅金属对光的反射作用。采用基于7.62 cm硅基GFET的圆片工艺,实现了栅长为1μm共8指的器件制备。测试结果表明,器件的工作频率达到20 GHz。在20 GHz工作频率下,器件光探测响应度达到2.8 mA/W,光载20 GHz射频变换到1 GHz中频的混频效率为-15.87 dB。

石墨烯场效应晶体管生物传感器在医学检测中的研究进展

近年来,将纳米材料石墨烯与电子元件场效应晶体管整合构建生物传感器检测生物分子越来越受到关注,这主要得益于石墨烯场效应晶体管具备以下优点,如灵敏度高和特异度好、分析速度快、免标记、廉价、能够微型化和一体化等。文章概述了石墨烯场效应晶体管结构及工作原理,石墨烯的制备及功能化方法,石墨烯场效应晶体管在医学检测中的运用。

新型自对准石墨烯场效应晶体管制备工艺

提出了一种新型自对准石墨烯场效应晶体管(graphere field-effect transistor,GFET)制备工艺,该工艺可与现有Si CMOS工艺相兼容。利用该工艺制备的自对准栅GFET器件可以消除传统GFET器件制备过程中存在的栅极与漏极和源极覆盖区的寄生电容或栅极与源极和漏极暴露区的寄生电阻,使器件直流特性得到了很大改善。对制作的样品进行直流I-V特性测试时,清楚地观测到了双极型导电特性。制作的沟道长度为1μm的自对准GFET器件样品最大跨导gm为2.4μS/μm,提取的电子与空穴的本征场效应迁移率μeeff和μheff分别为6 924和7 035 cm2/(V·s),顶栅电压VTG为±30 V时,器件的开关电流比Ion/Ioff约为50,远大于目前已报道的最大GFET开关电流比。

基于吡嗪连接的石墨烯电极单分子场效应晶体管

在单分子结中,核心分子与电极之间的连接基团对器件的力学、电学特性有着重要影响。连接基团的力学强度影响着器件的稳定性而其电子耦合强度则影响着分子结的电导值和导电极性。两端带邻苯二胺基团的分子可以和石墨烯电极边缘的邻醌基团发生缩合反应,生成基于吡嗪连接的分子结。我们实验制备了基于吡嗪连接的石墨烯电极单分子场效应晶体管(FET)并研究了其电学性质。我们发现分子组装后器件的产率可以达到26%,证明了吡嗪连接基团用于构建石墨烯电极单分子器件的可行性。通过测量器件的电学性质,我们发现吡嗪连接与石墨烯电极之间的耦合强度对单分子场效应晶体管的导电极性有着决定性的影响。具体而言,弱耦合时器件为核心分子的最高占据轨道起主导作用的p-型FET而强耦合时器件为核心分子的最低空轨道起主导作用的n-型FET。

基于MATLAB的石墨烯场效应晶体管电学特性研究

石墨烯场效应晶体管的结构参数是对晶体管电学特性有重要影响。利用MATLAB软件平台仿真研究了石墨烯场效应晶体管势垒层厚度、栅极长度、平面掺杂浓度、温度等结构参数对晶体管结构电学特性的影响规律,并根据研究选择最佳的结构参数,为石墨烯场效应晶体管加工工艺提供依据。

石墨烯场效应晶体管的非线性模型

包含新技术、新材料的新型器件的不断涌现,使现有的传统器件模型已不能完全表征石墨烯场效应晶体管(GFET)的特性。提出了一种基于经验公式的非线性模型来表征GFET的特性,该模型对传统经验模型的公式和拓扑结构进行了改进,使其能更好地表征GFET的特性。该模型包含了GFET的栅源电流模型、源漏电流模型、电容模型和低频散射效应等。此外该模型为可定标的模型,可用于一定尺寸范围的器件的仿真。该模型可集成在仿真软件中进行石墨烯电路的设计,其直流I-V特性和多偏置S参数的仿真结果与测试结果吻合较好,验证了该模型的有效性。

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.

灵敏石墨烯场效应晶体管快速检测卵巢癌循环肿瘤细胞的应用价值分析

目的探讨石墨烯场效应晶体管(GFET)检测卵巢癌循环肿瘤细胞(CTC)的灵敏度,寻找卵巢癌预后评估和监测疗效的新方法。方法用1-芘丁酸N-羟基琥珀酰亚胺酯作为侨联分子、EpCAM抗体标记GFET。将体外培养的不同浓度的卵巢癌SKOV3细胞悬液和注入SKOV3细胞的血液样本滴在GFET上,通过分析细胞表面抗原与抗体之间发生反应释放的自由能产生的电流变化趋势来推断GEFT检测CTC的灵敏度。结果滴加0~20个/ml的细胞悬液时即产生了明显可观测的电流变化,且电流变化呈现出随着细胞浓度增加而变化幅度逐渐增大的趋势。卵巢癌患者的血液样本检测结果呈现出相同的电流变化趋势且观察到EpCAM抗体(+)、DAPI(+)的异常细胞。结论GFET检测卵巢癌CTC的方法是一种快速、实时、灵敏的监测技术,可考虑在临床上进行推广。

石墨烯场效应晶体管研究进展

石墨烯具有优异的光、电、热及机械性能,在传统硅基器件日益趋近物理极限的背景下,石墨烯场效应晶体管(GFET)作为一种新型纳米器件受到广泛的关注。介绍了GFET在模拟电路和数字电路中的研究进展,分析了目前存在的问题:模拟电路主要应该提高GFET的最大振荡频率(f max)使之与截至频率(f T)相符;数字电路主要应该采取有效方法打开石墨烯带隙、提高开关比,并介绍了通过构建石墨烯纳米带、双层石墨烯、掺杂法及通过基底影响等来打开带隙的方法。与数字电路相比,GFET在模拟电路中更具有应用潜力,如在太赫兹领域已表现出优异的性能。石墨烯和硅互为补充,以混合电路的形式加以应用也是一个很好的切入点。

石墨烯场效应晶体管型汞离子适体传感器

提出了一种用于液体中汞离子检测的石墨烯场效应晶体管(graphene field effect transistor,GFET)型适体传感器,其中GFET采用丝网印刷技术制备,其栅极表面采用共价键交联技术固定汞离子适体探针。使用安捷伦B2923A对制备GFET型汞离子适体传感器进行实验测试,实验结果显示当汞离子浓度从0.1nmol/L至4 nmol/L变化时,在固定工作条件下,GFET输出电流变化曲线随被测汞离子浓度增加而减小,当汞离子浓度达到1 nmol/L时输出电流达到饱和;在汞离子浓度为0.1~1 nmol/L时,归一化输出电流随汞离子浓度变化增加而降低,线性相关系数(r^2)为0.8708。