了解石墨烯晶体管吗?石墨烯数字、射频晶体管为何物?

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一、石墨烯晶体管

石墨烯晶体管是2010年诺贝尔物理学奖的得主，也正是因为这样，石墨烯引起了人们的关注。 2004年，英国曼彻斯特大学的Andre Heim教授和Konstantin Novoselov教授使用了一种非常简单的方法从石墨片中剥离石墨烯。因此，他们俩都被授予了2010年诺贝尔物理学奖。

那么，什么是石墨烯呢?其实，石墨烯是二维晶体。 碳原子排列成六边形并相互连接以形成碳分子，石墨烯的结构非常稳定。 随着连接的碳原子数的增加，石墨烯的二维碳分子平面不断扩大，并且分子不断增大。单层石墨烯的厚度只有一个碳原子，相当于头发厚度的20万分之一。 1毫米厚的石墨中有近150万层石墨烯。石墨烯是已知的最薄的材料，并且具有极高的比表面积、超导电性和强度。

针对石墨烯的优点、特性，科学家们认为，石墨烯可广泛用于建筑、轻型装甲、消费品和电子产品等领域。可是，我们并未在很多设备中看到石墨烯的身影。那么，这又是什么原因造成的?这是因为石墨烯是难以制造的材料。 尽管只是碳原子，但是很难将碳原子以相当大的比例排列在二维六边形晶格中，只需要存在一个缺陷就会弄乱整个结构，最终致使材料的性能被大大降低。

石墨烯的质量和数量取决于石墨烯的制备方法。其实，石墨烯的制备方法在目前已经有很多种了，在这里面，最重要的两个方法无疑就是透明胶带法和化学气相沉积法。这两个方法的优点在于，能够通过最简单、优质的方法从石墨中提取石墨烯。可以说，从铅笔的笔尖当中，我们都能够提取出所需要的石墨烯。

二、石墨烯数字晶体管

电子几乎没有通过石墨烯的阻力，并且几乎不会产生热量。石墨烯具有高的载流子迁移率和热导率，并且有望成为数字逻辑晶体管中硅的替代材料。石墨烯数字晶体管的最基本要求是具有足够的电流开关比并实现互补逻辑。然而，大面积石墨烯是零带隙材料，并且使用该材料作为沟道的晶体管难以截止，并且电流通断比也非常小。此外，为了实现理论上的零静态功耗，必须实现由下拉n型石墨烯晶体管和上拉p型石墨烯晶体管组成的石墨烯互补数字逻辑。然而，由于石墨烯的非常稳定的性质，很难用n型和p型掺杂它。因此，对石墨烯数字晶体管的研究主要集中在两个方面：一是如何产生带隙以实现高开关比;二是如何产生能隙以实现高开关比。第二个是如何掺杂石墨烯以构建互补逻辑。

三、石墨烯射频晶体管

在射频电路领域，石墨烯晶体管已被设计并应用于具有射频概念的电路中，例如电子倍频器，相移键控调制器和混频器。石墨烯晶体管用于射频电路，其需要高频工作特性，即高载流子迁移率，低接触电阻和访问电阻。同时，最好具有电流饱和特性，因为仅在晶体管的饱和区域内，本征增益会相对较大。石墨烯射频晶体管主要利用石墨烯的高迁移率和低电阻的特性。从理论上讲，它可以实现高截止频率和良好的饱和特性。目前，它主要受到过大的接触电阻和未被栅极覆盖的访问电阻的影响。

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