电解质门控石墨烯场效应晶体管漂移的分析建模和实验表征

“Analytical modeling and experimental characterization of drift in electrolyte-gated graphene field-effect transistors” 由 João Mouro 等人撰写。文章对电解质门控石墨烯场效应晶体管（EG-gFETs）的漂移现象进行了全面的实验表征和分析建模，文章详细研究了这些器件在不同测量条件下的动态响应，并提出了一个基于氧化物缺陷电荷捕获/释放机制的解析模型来解释漂移现象。

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研究背景：

EG-gFETs 在生物传感和神经形态计算等领域极具应用潜力，但电气稳定性和噪声问题限制了其发展。二维材料器件电气不稳定源于电荷载流子与绝缘层缺陷的相互作用，以往研究多忽略 EG-gFETs 漂移现象。

实验方法

器件制备：在 Si（100）晶圆上制作包含 20 个 gFETs 的芯片，采用溅射和化学气相沉积等工艺，用光刻进行图案化，最终切割芯片并与定制 PCB 连接。

表征方法：将芯片所在的 PCB 插入定制电子板，通过 GUI 界面进行电气表征。测量时施加固定漏源电压，扫描栅极电压获取转移曲线，两次扫描间有一定休息时间。

实验结果与模型

电荷捕获验证：实验表明，EG-gFETs 漂移主要由石墨烯层下氧化硅缺陷处的电荷捕获引起，排除了其他多种可能因素。

分析模型构建：基于非辐射多声子跃迁模型，从石墨烯费米能级调制、电子跃迁速率计算以及电子平衡三个方面构建模型，解释转移曲线和狄拉克点电压的漂移。

实验验证：通过施加直流栅极电压、改变栅极电压扫描参数以及调整休息时间和温度等实验，验证了模型对 EG-gFETs 漂移现象的解释能力。

讨论：

该模型虽未考虑电解质和双层动力学等细节，但能捕捉实验中观察到的主要动态响应。电子在氧化物中永久捕获导致的不可恢复漂移，在非易失性存储器等应用中有积极作用，而在传感应用中则需校正。模型拟合得到的电子 - 声子耦合强度等参数合理，与其他研究相符。

研究意义：

首次全面描述和解释了 EG-gFETs 的漂移问题，有助于解决该领域对器件响应的争议。未来需开发更完善的模型，深入理解其动态响应和噪声机制，推动其在实际应用中的发展。

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