石墨烯用於 FET場致晶體管的先期研究_光電 (#52*) *規劃中

2015-7-1

到目前我還是一直搞不懂微波及太赫茲有甚麼關聯，我知道太赫茲光譜學是一種應用領域廣闊且具有很好前景的探測和成像技術，石墨烯內部的等離子體振蕩頻率就是在太赫茲頻段，雙原子層石墨烯或者外延生長的石墨烯可能成為半導體，其禁帶寬度可以設計為 0~0.3 eV，正好覆蓋太赫茲頻段。而石墨烯另外一個很有前途的應用是利用它原子尺寸的厚度製作場致發射器，因為針狀器件在強電場作用下可以釋放電子，在分離出石墨烯之前很長一段時間，薄的石墨片就已經應用於等離子體顯示器的商用樣機上，而且在這個方面產生了大量專利，石墨烯微粒將來可能會表現出更加優越的發射特性。

無線通信技術的發展，涵括了早期的軍事用途，到現今蓬勃發展的行動通訊裝置，像是手機、藍芽、與無線網路等皆是。而這些通訊裝置的出現，也反映了射頻組件的發展與進步的歷程。廣泛地說，射頻組件即為射頻集成電路 (radio-frequency integrated circuit, RFIC) 中的一些主動組件，以及電感、電容等被動組件的組合。由於石墨烯具有高載子遷移率，因此以石墨烯薄膜為載子傳輸層的場效晶體管(graphene field-effect transistor, GFET) 在射頻組件 (radio-frequency device)上的應用，成為近幾年來重要且熱門的研究主題之一。

這篇談到光電類應用技術的FET場致晶體管。台灣成功大學有學者利用酒精氣相化學沉積法以鎳箔製備石墨烯，作為場效晶體管的通道部分。實驗中製作出不同的各種通道長度、寬度並討論其尺寸效應，爐管成長二氧化硅當作介電層，採用背閘極 (bottom gate)的方式製作晶體管。接著取得由代工生成之銅箔成長少層石墨烯，以相同條件製程晶體管後將其與鎳薄成長之石墨烯做比較觀察其電性之區別，最後研究如何利用硅奈米線製作出可以將晶體管定位的石墨烯奈米帶晶體管。

不過要利用 GFET 製作高性能的射頻組件 ( 例如：放大器、混頻器等)，首先需要獲得高質量的石墨烯薄膜。這是由於高質量的石墨烯薄膜所具有的高載子遷移率，能夠有效地提升射頻組件的截止頻率 (cut-off frequency)。像是利用應力剝離 (mechanical exfoliation) 的方式，所得到的石墨烯薄膜，可以製作具有高達 300 GHz 截止頻率的GFET。傳統是用 CVD來製備大面積石墨烯，但是將石墨烯傳輸層製作在二氧化硅基板上，可能會因為二氧化硅基板具有低能量的表面聲子 (surface phonon energy, ~59 meV) ，以及較高的介面捕捉電荷密度 (trap density)，使得載子在此環境下傳輸，會發生額外的散射，而降低了 GFET 的截止頻率。

nn我想用透明導電膜試試看，也算是在應用於觸摸屏、OPV以外，用來嘗試攻克 CVD製程的一大利器，甚至想用來做集成電路。我有想過如果測試結果發現物性不好，再把石墨烯變成「量子點」作為替代方案吧。
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