硅基微电子技术及其集成电路自其发展之初到现在,基本遵循著名的摩尔定律而飞速发展。然而,随着微电子器件的特征尺寸不断缩小并朝着纳米方向发展时,传统硅半导体将遇到难以逾越的发展瓶颈,无法满足信息化时代的应用需求。寻找新型的半导体材料是一种可能的解决办法。石墨烯以其独特的性质,特别是电学性质,成为近年来的研究热点,有望成为下一代新型主流半导体材料。然而,石墨烯作为导电沟道在晶体管方面的应用还存在一些未被解决的问题,主要有:大面积、高质量石墨烯的制备;石墨烯带隙的有效打开;器件寄生效应的有效抑制等。1.基于机械剥离方法制备了高质量石墨烯,分别用光学显微镜、拉曼光谱、原子力显微镜等手段对其进行表征;在此基础上制备了石墨烯场效应晶体管,并对其进行电学性能测试,器件表现出明显的开关特性。2.在顶栅结构的石墨烯场效应晶体管中,选择Al2O3作为顶栅氧化介质层。通过电子束蒸发镀膜设备沉积3~4nm的Al,并将其自然氧化成Al2O3,该过程重复5~6次,最终形成20~25nm的Al2O3作为顶栅介质层。该方法制备的Al2O3与石墨烯粘附性好,介电常数高,器件转移特性曲线表现出明显的场效应特性,具有较高的开关比。3.分析了石墨烯层数和接触类型影响金属-石墨烯接触电阻大小的机制,证明了侧接触比顶接触有利于减小金属-石墨烯的接触电阻;提出了单层沟道多层接触(SCMC)的器件模型,实验制备出符合该结构的原型器件,证明SCMC的器件结构既可以减小晶体管的接触电阻,又可以使器件保持较高的开关比。