微电子学院张嘉炜、宋爱民团队在高峰谷比的石墨烯共振隧穿二极管方面取得新进展

近日，山东大学微电子学院张嘉炜、宋爱民团队在高峰谷比的石墨烯共振隧穿二极管方面取得新进展。该研究成果以“Toward High-Peak-to-Valley-Ratio Graphene Resonant Tunneling Diodes”为题发表在国际期刊Nano Letters上（影响因子10.8，中科院1区）。微电子学院博士研究生张子豪和张葆青为本文共同第一作者，张嘉炜教授和宋爱民教授为共同通讯作者。

共振隧穿二极管由于其负微分电阻的特性，在高频振荡器、多值逻辑电路和存储器等方面有巨大应用潜力。与传统的三五族双势垒共振隧穿二极管不同，石墨烯-氮化硼结构只需要单势垒就能产生明显的室温量子效应。由于电子不需要在器件中心的量子阱中驻留，石墨烯共振隧穿二极管的器件速度远高于传统的双势垒隧穿器件，然而迄今为止，文献中报道的石墨烯共振隧穿二极管的室温峰谷比最高只有3.9，导致信号振荡质量较低，限制了其在高功率微波信号源中的应用。

团队通过改变器件的几何结构，发现边缘掺杂是影响石墨烯共振隧穿二极管峰谷比的关键因素，通过建立理论模型和拟合实验数据，提取出石墨烯边缘掺杂的有效渗透深度为90 nm；引入了一个器件参数，即面积周长比，并证明要获得超高峰谷比，必须满足条件：面积周长比远大于有效渗透深度。在遵循了该器件设计规则、遏制了边缘掺杂效应之后，本文制备的石墨烯共振隧穿二极管在室温下峰谷比高达14.9，为以往报道结果的至少3.8倍。该结果将有助于开发基于石墨烯室温量子器件的超高频振荡器等。

本研究得到了国家重点研发计划(2022YFA1405200, 2022YFB3603900)、国家自然科学基金(62074094, 62204143)、山东省自然科学基金(ZR2020ZD03, ZR2022ZD04, ZR2022ZD05, ZR2020QF082)等项目的支持。

原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.3c02281