导通/截止比达到2.54万倍的4端子石墨烯晶体管

品慧电子讯日本试制出逻辑元件用4端子石墨烯晶体管，晶体管沟道部分的尺寸为长20nm、宽30nm，导通/截止比达到2.54万倍。此次开发的石墨烯晶体管设置有两个顶栅极型栅极电极，再加上源电极、漏电极，该晶体管共具备4个端子。

图1：试制元件的照片和构造

石墨烯不经处理的话一般没有带隙。而且载流子密度非常小，电流密度低。施加电压时，根据其极性的不同，就会拥有n型或p型的导电性。另外，具有晶格缺陷的石墨烯拥有一种名为“传输带隙”的带隙。

此次通过向试制元件的两个栅极电极独立施加电压，在一片石墨烯上形成了p型和n型两个区域。导通时使两个电压极性一致、流过电流；截止时通过使两个电压极性相反使该晶体管变为与向二极管施加逆电压时相同的情况。

据产综研介绍，元件是用从石墨剥离的单层石墨烯制作的。晶体管沟道部分的尺寸为长20nm、宽30nm。

在200K（－73℃）低温下，向源电极施加－100mV电压，向漏电极施加＋100mV电压。并且将漏极侧栅极电压固定为－2V，使源极侧栅极电压在－4V～＋4V间变化，这时电流就会从不到10－9变为超过10－14。“导通/截止比达到2.54万倍”。

图2：使一侧栅极电压变化时的电流变化

在使用两个栅极电极的石墨烯晶体管方面，日本东北大学电气通信研究所教授尾辻泰一的研究小组曾在2011年发表过相关技术。不过，当时的晶体管用作太赫兹振荡器，所以此次作为逻辑元件还属首例。