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上海微系統所鍺基石墨烯應用研究取得進展

中國科學院上海微系統與信息技術研究所在鍺基石墨烯應用研究中取得新進展。信息功能材料國家重點實驗室SOI材料課題組在國際上首次采用單側氟化石墨烯作為鍺基MOSFET的栅介質/溝道界面鈍化層,調制界面特性,有望解決未來微電子技術進入非矽CMOS時代,鍺材料替代矽材料所面臨的栅介質/溝道界面不穩定的難題。研究論文FluorinatedgrapheneininterfaceengineeringofGe-basednanoelectronics以卷首插圖(Frontispiece)形式于3月25日在AdvancedFunctionalMaterials上發表(25(12):1805-1813,2015;DOI:10.1002/adfm.201404031)。

SOI材料課題組于2013年首次實現了鍺基襯底CVD生長大尺寸連續單層石墨烯(Sci.Rep.3(2013),2465)。在此基礎上對鍺基石墨烯的應用開展深入研究,發現石墨烯與襯底之間具有良好的界面性質,當對石墨烯進行單側氟化後所得到的氟化石墨烯不僅具有高的緻密性與結構強度,而且可以從金屬性半導體轉變為二維絕緣材料。于是,創新性地将氟化石墨烯作為界面鈍化層應用于鍺基MOSFET器件中。研究表明,氟化石墨烯能夠有效抑制界面互擴散行為,尤其是抑制氧原子向鍺基襯底的擴散,避免不穩定氧化物以及界面缺陷所導緻的電荷陷阱的形成。MOS器件性能得到很大提升,栅極漏電流能夠降低4-5個數量級并能夠将等效氧化層厚度降低至1nm以下。研究工作将為鍺材料替代矽材料,推動微電子技術進入非矽CMOS時代,繼續延續摩爾定律發展提供了解決方案。

該項目工作得到國家自然科學基金委創新研究群體、優秀青年基金、中國科學院高遷移率材料創新研究團隊等相關研究計劃的支持.

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