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石墨烯基晶體管已被報(bào)道應(yīng)用于高速器件，因其原子級(jí)厚度消除了基本遷移時(shí)間的限制。但是，目前已報(bào)道的石墨烯基區(qū)晶體管普遍采用隧穿發(fā)射結(jié)，然而隧穿發(fā)射結(jié)的勢(shì)壘高度嚴(yán)重限制了該晶體管作為高速電子器件的發(fā)展前景。為了克服這個(gè)問(wèn)題，這里提出了一種石墨烯基異質(zhì)結(jié)晶體管，其中石墨烯夾在硅層之間。一種垂直結(jié)構(gòu)的硅-石墨烯-鍺晶體管被成功制備，通過(guò)單晶硅和單層石墨烯構(gòu)造了肖特基發(fā)射結(jié)。所設(shè)計(jì)的肖特基發(fā)射結(jié)的電流達(dá)692 A cm-2，電容為41 nF cm-2，這使得器件總延遲時(shí)間縮短了1000倍以上，即器件的截止頻率由約1.0MHz提升至1.2GHz。經(jīng)過(guò)進(jìn)一步的工程設(shè)計(jì)，該半導(dǎo)體-石墨烯-半導(dǎo)體晶體管為超高速運(yùn)行器件的發(fā)展奠定了重要基礎(chǔ)。

Figure 1．裝置的設(shè)計(jì)與構(gòu)造。（a）直接堆疊Si膜，單層石墨烯和Ge基底建造Si-Gr-Ge晶體管，（b）光學(xué)照片，（c）Si膜在石墨烯上的SEM圖，（d）晶體管的橫截面示意圖。

Figure 2. Si-Gr-Ge晶體管的肖特基發(fā)射結(jié)。（a）Si-Gr發(fā)射結(jié)在室溫下的I-V曲線，（b）電流-溫度相關(guān)曲線，（c）不同發(fā)射結(jié)情況下石墨烯基晶體管的電流比較，（d）不同發(fā)射結(jié)情況下石墨烯基晶體管的f_a比較。

Figure 3. Si-Gr-Ge晶體管在常用基區(qū)模型下的電學(xué)特性表征。

Figure 4. Si-Gr-Ge晶體管的能帶圖。（a）無(wú)施加偏壓下的能帶圖，（b）給發(fā)射結(jié)施加一個(gè)大于零的正向偏壓時(shí)的能帶圖，（c）給集流體結(jié)施加一個(gè)大于零的反向偏壓時(shí)的能帶圖。?

    該研究工作由中國(guó)科學(xué)院金屬研究所沈陽(yáng)材料科學(xué)國(guó)家研究中心孫東明團(tuán)隊(duì)于2019年發(fā)表在Nature Communications國(guó)際頂級(jí)期刊上。原文：A vertical silicon-graphene-germanium transistor（https://doi.org/10.1038/s41467-019-12814-1）