【導(dǎo)讀】日本試制出邏輯元件用4端子石墨烯晶體管，晶體管溝道部分的尺寸為長(zhǎng)20nm、寬30nm，導(dǎo)通/截止比達(dá)到2.54萬(wàn)倍。此次開(kāi)發(fā)的石墨烯晶體管設(shè)置有兩個(gè)頂柵極型柵極電極，再加上源電極、漏電極，該晶體管共具備4個(gè)端子。
日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所和物質(zhì)材料研究機(jī)構(gòu)2012年12月11日宣布“共同開(kāi)發(fā)出了新工作原理的石墨烯晶體管”，電流導(dǎo)通/截止比達(dá)到104。
此次開(kāi)發(fā)的石墨烯晶體管設(shè)置有兩個(gè)頂柵極型柵極電極，而且還通過(guò)向兩個(gè)柵極間的石墨烯照射氦離子，產(chǎn)生晶格缺陷。此外再加上源電極、漏電極，該晶體管共具備4個(gè)端子。
圖1：試制元件的照片和構(gòu)造
石墨烯不經(jīng)處理的話(huà)一般沒(méi)有帶隙。而且載流子密度非常小，電流密度低。施加電壓時(shí)，根據(jù)其極性的不同，就會(huì)擁有n型或p型的導(dǎo)電性。另外，具有晶格缺陷的石墨烯擁有一種名為“傳輸帶隙”的帶隙。
此次通過(guò)向試制元件的兩個(gè)柵極電極獨(dú)立施加電壓，在一片石墨烯上形成了p型和n型兩個(gè)區(qū)域。導(dǎo)通時(shí)使兩個(gè)電壓極性一致、流過(guò)電流；截止時(shí)通過(guò)使兩個(gè)電壓極性相反使該晶體管變?yōu)榕c向二極管施加逆電壓時(shí)相同的情況。
據(jù)產(chǎn)綜研介紹，元件是用從石墨剝離的單層石墨烯制作的。晶體管溝道部分的尺寸為長(zhǎng)20nm、寬30nm。
在200K（－73℃）低溫下，向源電極施加－100mV電壓，向漏電極施加＋100mV電壓。并且將漏極側(cè)柵極電壓固定為－2V，使源極側(cè)柵極電壓在－4V～＋4V間變化，這時(shí)電流就會(huì)從不到10－9變?yōu)槌^(guò)10－14。“導(dǎo)通/截止比達(dá)到2.54萬(wàn)倍”。
圖2：使一側(cè)柵極電壓變化時(shí)的電流變化
在使用兩個(gè)柵極電極的石墨烯晶體管方面，日本東北大學(xué)電氣通信研究所教授尾辻泰一的研究小組曾在2011年發(fā)表過(guò)相關(guān)技術(shù)。不過(guò)，當(dāng)時(shí)的晶體管用作太赫茲振蕩器，所以此次作為邏輯元件還屬首例。
