近日，我院的青年教师叶巍翔与东南大学、天津师范大学青年教师贾原、王程合作在二维材料石墨烯晶体管电子器件领域取得创新性研究成果。该成果以“Fully solid-state graphene transistors with striking homogeneity and sensitivity for the practicalization of single-device electronic bioassays”为题在物理电子学领域的顶级期刊Nano Letters（纳米快报）上在线发表研究论文（DOI: 10.1021/acs.nanolett.9b03528）。
论文信息与石墨烯晶体管电子器件
石墨烯是已知具有最高载流子迁移率的半导体（半金属）材料，是开发高性能电子学传感器的绝佳选择。但石墨烯单层碳原子薄膜的二维结构不同于块体材料，所有组成原子都位于材料表面导致了其电子学性能受污染物吸附影响极不稳定。受此影响，传统石墨烯场效应管（graphene field-effect transistor, GFET）结构传感器件由于石墨烯敏感沟道直接与水溶液接触，污染物吸附引起严重的电气性能不稳定。由此引起的器件间性能不一致问题导致了石墨烯电子学传感器无法实用化。为了克服这一问题，此项工作首次提出了一种全固态石墨烯场效应管（fully solid-state graphene field-effect transistor, FSS-GFET）器件结构，通过原子层蒸镀沉积技术加工二氧化铪（HfO2）固态上栅结构对石墨烯敏感沟道进行完全封闭阻隔污染，并在石墨烯垂直上方加工金属浮栅结构承载溶液中带电微粒的电场效应激励。通过检测水溶液中铅离子浓度的实验验证，新器件实现了接近硅半导体IC器件的性能一致性，传感器性能提升超过2个数量级。
本课题研究者认为FSS-GFET结构是稳定石墨烯晶体管器件电气性能的可靠形态之一，这一结构可以为未来石墨烯电子传感器的实用化提供一种可行的解决方案。
