石墨烯场效应晶体管设计加工及特性研究

【摘要】石墨烯材料的发现已经十年了，十年中关于石墨烯的研究一直是国内外的热点，石墨烯是未来最有希望取代硅成为最广泛应用的半导体材料，石墨烯场效应晶体管也因其超高响应频率和超小的体积成为新一代半导体基础器件的发展趋势。本文主要针对石墨烯材料的场效应晶体管进行了从结构设计、制备工艺到电学性能测试等方面的研究。主要工作如下：首先介绍了石墨烯的基本电学特性，主要关于石墨烯材料的禁带宽度调制和石墨烯材料的静电场调制原理，给出四种关于石墨烯禁带宽度调制的方法，详细分析了石墨烯在电场作用下的费米能级如何移动以及由于费米能级的移动而产生的载流子类型和浓度的变化。设计两种基本结构的石墨烯场效应晶体管，在结构设计中给出不同栅的宽度和栅介质层的厚度的石墨烯场效应晶体管的结构参数，并且基于L-Edit软件画出了两种结构的掩模版图形。根据设计的掩模版图形，基于纳米所加工平台完成整个石墨烯场效应晶体管的工艺流程，对于工艺的中的石墨烯材料的刻蚀，分析其对石墨烯材料产生的影响，并且讨论电极材料和栅介质层的合理选择。对石墨烯场效应晶体管进行测试及优化设计，测试了两种结构的石墨烯场效应晶体管的主要性能I-V曲线和迪拉克点曲线，并且详细对比顶栅结构石墨烯场效应晶体管和背栅结构石墨烯场效应晶体管的基本性能，从而得出：顶栅结构的石墨烯场效应晶体管的栅调制效果和开关比优于背栅结构的石墨烯场效应晶体管。首次测试了石墨烯导电沟道的热阻效应和光电效应，分析了温度和光强对石墨烯材料内部载流子的影响机理。最后，根据综合工艺和测试数据对石墨烯场效应晶体管进行了优化设计，设计凹槽结构的石墨烯场效应晶体管和双栅多栅石墨烯场效应晶体管，做出详细参数和掩模版图形。
【作者】王永存；
【导师】薛晨阳；
【作者基本信息】中北大学，微纳技术及仪器，2014，硕士
【关键词】石墨烯；晶体管；迪拉柯点；光刻；等离子体刻蚀；

【参考文献】
[1]袁嘉薇.三网融合内容监管的数字水印技术应用研究[D].华中科技大学,软件工程,2013,硕士.
[2]许鹏,顾继雄,杨永杰,张小美.基于作业成本核算模型的改进及在钢铁企业中的应用[J].冶金自动化,2013,05:19-24.
[3]张秋颖.我国IT企业投资支出与内部现金流量敏感性研究[D].大连理工大学,会计学,2004,硕士.
[4]康辉.论股权的瑕疵转让[D].扬州大学,民商法学,2012,硕士.
[5]董春娇.多状态下城市快速路网交通流短时预测理论与方法研究[D].北京交通大学,2011.
[6]李优树.全域开放战略的理论思考——成都市开放战略经验总结[J].云南民族大学学报(哲学社会科学版),2014,04:112-119.
[7]李娅,余建桥,陈善雄.土壤质量监测数据挖掘模型的可视化[J].西南农业大学学报(自然科学版),2005,04:483-486.
[8]黄光浩.苏木乙酸乙酯提取物对动脉粥样硬化模型大鼠血清白细胞介素6（IL-6）的影响[D].黑龙江中医药大学,中医内科学,2013,硕士.
[9]李慧丹.土家族“哭嫁歌”[D].苏州大学,课程与教学论,2013,硕士.
[10]许锡嘉.“液化石油气”与“液态烃”[J].广东化工.1981(04)
[11]王浩.智能肌电假手控制系统研究[D].大连理工大学,机械制造及其自动化,2004,硕士.
[12]胡沛然,王宏志,李耀刚,张青红.静电纺制备ATO聚集状态可控的柔性导电材料及其性能研究[J].硅酸盐通报,2012,04:813-817+821.
[13]张旭升.弥散介质中激光脉冲信号的时空特性研究[D].哈尔滨工业大学,工程热物理,2013,硕士.
[14]范康平.350KA铝电解槽焙烧过程控制研究[D].北方工业大学,机械设计及理论,2013,硕士.
[15]周嘉.网络设备性能可视化技术研究与实现[D].东北大学,系统工程,2010,硕士.
[16]李娟娟.城市和谐社区构建研究[D].华南理工大学,公共管理（专业学位）,2012,硕士.
[17]李学安.移动无线传感器网络的机会路由协议研究与设计[D].太原科技大学,模式识别与智能系统,2014,硕士.
[18]郭京哲.鄂尔多斯盆地盐池地区长4+5储层有利区预测[D].西安石油大学,油气田开发工程,2012,硕士.
[19]黄娟娟.甘肃农村建筑能耗的全生命周期评价与降低方法研究[D].兰州理工大学,动力工程,2013,硕士.
[20]于仲山.国产火电125MW老机组的改造势在必行[J].发电设备.1991(01)
[21]徐艳艳.刑事错案防范机制的研究[D].河北大学,法律,2014,硕士.
[22]屈毅成.基于耳垂脉搏间接检测血压的低功耗传感技术研究[D].苏州大学,集成电路工程（专业学位）,2014,硕士.
[23]高元元.海南省集体林权制度改革研究[D].华中师范大学,政治学理论,2012,硕士.
[24]黄文育.石墨烯可饱和吸收的掺铒光纤锁模激光的研究[D].山东大学,电磁场与微波技术,2013,硕士.
[25]罗胜兰.浙江省常见恶性肿瘤生存分析[D].宁波大学,流行病与卫生统计学,2014,硕士.
[26]马峰.安徽旅游公共服务体系建设研究[D].安徽大学,公共管理,2012,硕士.
[27]倪苗苗.小学语文共识教学课堂结构研究[D].西南大学,课程与教学论,2014,硕士.
[28]冯倩倩.非英语专业大学生元认知策略与英语阅读焦虑的相关性研究[D].沈阳师范大学,课程与教学论,2014,硕士.
[29]李苹.老干部社区服务管理的问题与对策研究[D].山东大学,公共管理（专业学位）,2013,硕士.
[30]胡国荣,彭清远,彭忠东,曹雁冰,杜柯.两种方法制备的磷酸铁锂/石墨烯复合材料的性能对比[J].无机化学学报,2015,06:1153-1158.
[31]葛婷婷.不结球白菜‘矮脚黄’自交不亲和性的SSR分子标记[D].南京农业大学,蔬菜学,2013,硕士.
[32]黄彦杰.上市公司关联交易的公司法规制[D].苏州大学,法律,2003,硕士.
[33]梁隽.无创血氧饱和度综合仪系统设计[D].广东工业大学,控制理论与控制工程,2014,硕士.
[34]罗薇.基于富媒体的沉浸式阅读界面设计研究[D].湖南大学,设计艺术学,2013,硕士.
[35]于文娟.基于ANP的生鲜加工配送中心绩效评价研究[D].中北大学,物流工程,2014,硕士.
[36]马国琴.中国集成电路产业国际竞争力研究[D].上海大学,工商管理,2013,硕士.
[37]吴育兵.碳钢在直流磁场下的销盘摩擦磨损试验和电磁场分析[D].河南科技大学,机械制造及其自动化,2014,硕士.
[38]左文静.不同病因的周围性面瘫临床特点相关分析[D].福建医科大学,耳鼻咽喉科,2014,硕士.
[39]徐琴.射频LDMOS新结构的特性与工艺研究[D].南京邮电大学,电路与系统,2013,硕士.
[40]李岚丰.竹炭/聚苯胺复合电极材料的制备与表征[D].青岛科技大学,2012.
[41]刘彦宾.趋势分析的一种KDD方法[J].西南师范大学学报(自然科学版),2002,05:705-707.
[42]石季.MS公司80后员工招聘体系优化研究[D].中国地质大学（北京）,工商管理,2013,硕士.
[43]刘瑜,方裕,邬伦,谢昆青,潘懋.基于场所的GIS研究[J].地理与地理信息科学,2005,05:6-10+14.
[44]张国富.城市轨道车辆空气弹簧系统使用寿命及可靠性评价方法[D].上海工程技术大学,车辆工程,2013,硕士.
[45]罗中正.努力对工作满意度的负向作用何时更强？[D].广东外语外贸大学,企业管理,2013,硕士.
[46]易杨,常宝立,李力,毕兆东,辛拓,谭伟.PSD-BPA潮流计算数据卡的自动批量生成和修改[J].电力系统自动化,2013,10:124-128.
[47]霍霖.复杂外形高超声速飞行器气动热快速工程估算及热响应分析[D].国防科学技术大学,航空宇航科学与技术,2012,硕士.
[48]陶成.获得篮球运动技能阶段模型和影响绩效因素研究[D].北京体育大学,2007.
[49]童伟.需求依赖库存的易变质物品的库存模型研究[D].安徽大学,基础数学,2014,硕士.
[50]吴耀武,孙晓兰,娄素华,卢斯煜,蔡芝菁,胡斌.基于安全稳定性的交直流电网时序优化模糊建模[J].电力系统自动化,2013,19:49-54.