晶圆级层面统计石墨烯射频晶体管的性能

2019年2月，《先进电子材料》(Advanced Electronic Materials)刊发了国家脉冲强磁场科学中心吴燕庆教授课题组关于高性能且高均一性的晶圆级石墨烯射频晶体管的研究成果。该论文标题为“Wafer Scale Mapping and Statistical Analysis of Radio Frequency Characteristics in Highly Uniform CVD Graphene Transistors”，吴燕庆教授为论文通讯作者，课题组田猛串博士为第一作者，其余作者包括课题组成员胡奔，王梦飞，高庆国，熊雄，张振丰，李调阳和李学飞。石墨烯因其超高迁移率和饱和速度在射频领域已经被广泛研究。然而目前文献报道的晶圆级石墨烯射频晶体管并没有在晶圆级层面上对其射频性能进行均一性的统计研究。我们通过转移大面积化学气相沉积石墨烯至4英寸的HfSiO/Si上进行射频器件的制备和表征。使用拉曼光谱对转移到4英寸晶圆上的石墨烯表征，表征区域均匀的分布在整个晶圆层面。石墨烯的2D峰强和G峰强的比值为1.3±0.2，且2D峰强的半高宽为35.57±2.33 cm^-1，说明了转移得到的石墨烯为高质量且高均一性的单层石墨烯。我们接着制备了晶圆级的石墨烯射频器件，器件沟长为0.5 µm至2 µm，器件的良率接近80%。在射频器件的测试中，0.8 µm栅长的器件狄拉克点电压和跨导分布的离散系数分别低至0.07和0.03，表明了相同沟长的器件在晶圆层面的高均一性。4英寸晶圆上所有沟长器件的跨导高达398.7±53.3 S/m，本征f_T*L_g高达20 GHz•μm，f_max/f_T的离散系数低至 0.11。