石墨烯場效應(yīng)晶體管參數(shù)提取及建模研究

陳榮敏，王 研

(合肥工業(yè)大學(xué) 光電技術(shù)研究院，安徽 合肥 230009)

石墨烯場效應(yīng)晶體管參數(shù)提取及建模研究

陳榮敏，王 研

(合肥工業(yè)大學(xué) 光電技術(shù)研究院，安徽 合肥 230009)

現(xiàn)有的傳統(tǒng)器件模型已不能完全表征石墨烯場效應(yīng)晶體管的特性。文中介紹了GFET的器件結(jié)構(gòu)，分析了GFET的工作原理及其基本電特性，提出了基于等效電路思想的小信號模型。模型的參數(shù)值來源于晶體管電流-電壓和S參數(shù)的實(shí)測數(shù)據(jù)，采用測試結(jié)構(gòu)法對模型參數(shù)進(jìn)行提取與分析。并針對柵寬16 μm，柵長150 nm的GFET，將參數(shù)初值代入ADS仿真工具中優(yōu)化仿真，模型S參數(shù)與晶體管實(shí)測S參數(shù)在0.2～60 GHz頻率范圍下對比，表現(xiàn)出良好的一致性，充分驗證了模型的可靠性。

石墨烯；石墨烯場效應(yīng)晶體管；等效電路；S參數(shù)

石墨烯是碳原子按照六邊形排列形成蜂窩狀晶體結(jié)構(gòu)，厚度僅為0.335 nm[1]。石墨烯的機(jī)械性能穩(wěn)定，載流子遷移率>105cm2V-1s-1；飽和速率>108cm·s-1[2]，這使其成為一種極具潛力的半導(dǎo)體材料[3]。自從第一個GFET(Graphene Field Effect Transistor)以來[4]，隨著技術(shù)的不斷成熟，石墨烯獨(dú)特的導(dǎo)電、吸光、柔性和儲能性能使其應(yīng)用領(lǐng)域逐步擴(kuò)大。基于石墨烯材料的倍頻器[5]，混頻器[6]和放大器[7]均已相繼被提出。另外，石墨烯是一種透明柔性的二維材料，在人體可穿戴設(shè)備中也有著廣泛的應(yīng)用前景[8]。作為微波器件開發(fā)的重要組成部分，晶體管的模型研究是必不可少的。精確的半導(dǎo)體器件模型對于提高射頻和微波集成電路設(shè)計成功率至關(guān)重要。雖然已經(jīng)提出了一些關(guān)于GFET的物理模型[9]研究，但物理模型不能用于預(yù)測石墨烯器件的諧波，GFET的經(jīng)驗等效電路模型較少。本文……