При изготовлении нового варианта графенового транзистора учёным из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе удалось довести граничную частоту, на которой коэффициент усиления по току снижается до единицы, до 300 ГГц.

Такие характеристики демонстрирует устройство с длиной канала (расстоянием от стока до истока) в 140 нм. Транзисторы на основе дорогих полупроводниковых материалов — фосфида индия или арсенида галлия — имеют аналогичные характеристики, а лучшие образцы кремниевых полевых МОП-транзисторов сравнимых размеров по граничной частоте уступают графеновому конкуренту примерно в два раза.

Рис. 1. Результаты измерений коэффициента усиления по току для транзисторов с длиной канала в 144 (слева) и 182 нм. Расчётная граничная частота равняется 300 и 168 ГГц. (Здесь и далее иллюстрации из журнала Nature).

Современные высококачественные МОП-транзисторы выполняются по технологии «самосовмещённого затвора». Её суть: затвор используется в качестве маски при формировании стока и истока, вследствие чего точность позиционирования элементов готового устройства увеличивается. При работе с графеном по такой методике в его структуре появляются дефекты, резко ухудшающие характеристики транзистора.

Авторы модифицировали технологию, сформировав затвор с помощью нанопровода из силицида кобальта Co2Si с тонкой изолирующей оболочкой из оксида алюминия. Эта структура помещалась на графеновый лист, после чего часть оксидного слоя снималась, чтобы обеспечить контакт между проводящей сердцевиной и тонкими слоями золота и титана, которые покрывали один конец провода. Слева и справа размещались сток и исток, также выполненные из золота и титана. Всё это покрывалось слоем платины толщиной в 10 нм, который естественным образом разрывался у краёв нанопровода.

Полученный результат вполне соответствует тому, что достигается применением «обычной» технологии с самосовмещённым затвором: электроды позиционируются автоматически, а наложения и зазоры отсутствуют.

Рис. 2. Схема транзистора. С — сток, З — затвор, И — исток.

Рис. 3. Слева показаны нанопровода из силицида кобальта; масштабная полоска — 3 мкм. Справа — готовая структура с изолирующей оболочкой из аморфного оксида алюминия; масштабная полоска — 50 нм.

Длина канала такого транзистора определяется диаметром нанопровода, величина которого изменялась в диапазоне 100–300 нм. В будущем исследователи надеются снизить диаметр приблизительно до 50 нм.

Это должно позволить нам выйти на терагерцевые частоты», — утверждает один из авторов Сянфэн Дуань (Xiangfeng Duan). Стоит заметить, что измеренное в эксперименте значение удельной крутизны нового транзистора — 1,27 мСм/мкм — также стало рекордным для графеновых устройств.

В начале этого года «КЛ» рассказывала о созданном специалистами Исследовательского центра им. Томаса Уотсона компании IBM графеновом транзисторе с граничной частотой в 100 ГГц. Авторы предыдущего рекорда поздравляют своих коллег с успехом, но не упускают случая напомнить о том, что более скоростное устройство не подходит для промышленного изготовления, поскольку графен сотрудники Калифорнийского университета получали простым отщеплением слоёв графита.

Мы же выращивали графен на подложках из карбида кремния и пользовались проверенными литографическими методиками, формируя целые массивы транзисторов», — отмечают руководители группы из IBM Федон Авурис (Phaedon Avouris) и Юй-Мин Линь (Yu-Ming Lin).

Результаты исследований представлены в статье:

Lei Liao, Yung-Chen Lin, Mingqiang Bao, Rui Cheng, Jingwei Bai, Yuan Liu, Yongquan Qu, Kang L. Wang, Yu Huang & Xiangfeng Duan High-speed graphene transistors with a self-aligned nanowire gate. – Nature (2010) doi:10.1038/nature09405; Published online 01 September 2010.

По материалам: