中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所在鍺基石墨烯應(yīng)用研究中取得新進展。信息功能材料國家重點實驗室SOI材料課題組在國際上首次采用單側(cè)氟化石墨烯作為鍺基MOSFET的柵介質(zhì)/溝道界面鈍化層，調(diào)制界面特性，有望解決未來微電子技術(shù)進入非硅CMOS時代，鍺材料替代硅材料所面臨的柵介質(zhì)/溝道界面不穩(wěn)定的難題。研究論文Fluorinated graphene in interface engineering of Ge-based nanoelectronics 以卷首插圖(Frontispiece)形式于3月25日在Advanced Functional Materials上發(fā)表(25(12): 1805-1813, 2015; DOI: 10.1002/adfm.201404031)。

SOI材料課題組于2013年首次實現(xiàn)了鍺基襯底CVD生長大尺寸連續(xù)單層石墨烯(Sci. Rep. 3(2013), 2465)。在此基礎(chǔ)上對鍺基石墨烯的應(yīng)用開展深入研究，發(fā)現(xiàn)石墨烯與襯底之間具有良好的界面性質(zhì)，當(dāng)對石墨烯進行單側(cè)氟化后所得到的氟化石墨烯不僅具有高的致密性與結(jié)構(gòu)強度，而且可以從金屬性半導(dǎo)體轉(zhuǎn)變?yōu)槎S絕緣材料。于是，創(chuàng)新性地將氟化石墨烯作為界面鈍化層應(yīng)用于鍺基MOSFET器件中。研究表明，氟化石墨烯能夠有效抑制界面互擴散行為，尤其是抑制氧原子向鍺基襯底的擴散，避免不穩(wěn)定氧化物以及界面缺陷所導(dǎo)致的電荷陷阱的形成。MOS器件性能得到很大提升，柵極漏電流能夠降低4-5個數(shù)量級并能夠?qū)⒌刃а趸瘜雍穸冉档椭?nm以下。研究工作將為鍺材料替代硅材料，推動微電子技術(shù)進入非硅CMOS時代，繼續(xù)延續(xù)摩爾定律發(fā)展提供了解決方案。

該項目工作得到國家自然科學(xué)基金委創(chuàng)新研究群體、優(yōu)秀青年基金、中國科學(xué)院高遷移率材料創(chuàng)新研究團隊等相關(guān)研究計劃的支持。