高可靠性石墨烯微芯片的可规模化生产

为解决石墨烯集成电路在晶圆级应用中因界面缺陷导致的可靠性问题，研究人员开展了基于多层六方氮化硼(hBN)栅介质的高可靠性石墨烯晶体管研究。通过200 mm晶圆多项目流片，实现了超低迟滞(<20 mV)和2100次循环后性能稳定的GFETs，显著优于金属氧化物(HfO2/Al2O3)介质器件，为石墨烯微芯片量产奠定基础。

　　

石墨烯这种零带隙二维材料，在通信和传感领域具有革命性应用潜力。然而晶圆级石墨烯集成电路常因介电层/电极界面缺陷导致性能退化。最新研究通过200毫米晶圆多项目流片，成功制备出以多层六方氮化硼(hBN)为栅介质的石墨烯晶体管和倍频器。这些hBN/石墨烯器件展现出创纪录的可靠性：迟滞电压低于20毫伏，经过2100次循环测试后，导通电流和电荷中性点(CNP)漂移可忽略不计。与之形成鲜明对比的是，采用传统金属氧化物(HfO₂、Al₂O₃)栅介质的石墨烯场效应晶体管(GFETs)，仅数十次循环后就出现严重性能衰减。该研究通过大量器件验证了工艺一致性，为石墨烯微芯片的规模化生产提供了可靠方案，其超稳定特性特别适用于需要长期可靠工作的通信芯片和生物传感器。