由于石墨烯具有高遷移率的特性，業(yè)界已經(jīng)開(kāi)始將石墨烯應(yīng)用于半導(dǎo)體器件的制作。目前石墨烯晶體管的制造方法一般是采用液相涂膜或轉(zhuǎn)移的方法將石墨烯薄膜形成于玻璃襯底上。然而，此方法的缺點(diǎn)在于，石墨烯薄膜與玻璃襯底之間的接口經(jīng)常會(huì)發(fā)生污染，從而嚴(yán)重影響石墨烯晶體管的性能。此外，目前石墨烯晶體管的制造方法由于操作繁復(fù)、成本較高、產(chǎn)率也較低，因此難以滿(mǎn)足大規(guī)模應(yīng)用的需求。有鑒于此，目前有需要發(fā)展一種改良的石墨烯晶體管的制造方法。

“石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管傳感器”是復(fù)旦大學(xué)研究員魏大程團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的一種基于內(nèi)剪切反應(yīng)的傳感器 。2019年4月，相關(guān)研究成果以《基于內(nèi)剪切反應(yīng)的石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管自由基傳感器》為題在線(xiàn)發(fā)表于《自然·通訊》。

2019年4月，復(fù)旦大學(xué)高分子科學(xué)系、聚合物分子工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員魏大程課題組在場(chǎng)效應(yīng)晶體管傳感器領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。他們開(kāi)發(fā)出一種基于內(nèi)剪切反應(yīng)的石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管傳感器，實(shí)現(xiàn)了對(duì)羥基自由基的檢測(cè)。

在傳感器中，石墨烯作為導(dǎo)電溝道。檢測(cè)過(guò)程中，羥基自由基與Au-S鍵發(fā)生氧化剪切反應(yīng)，從石墨烯表面釋放帶電金屬離子，引起石墨烯溝道的電流變化，從而間接實(shí)現(xiàn)對(duì)羥基自由基的檢測(cè)。

該傳感器對(duì)羥基自由基具有良好的選擇性，最低檢測(cè)濃度達(dá)到十億分之一摩爾 。場(chǎng)效應(yīng)晶體管傳感器不需要標(biāo)記，具有高靈敏度、低成本、微型便攜、實(shí)時(shí)檢測(cè)等優(yōu)勢(shì)，是一種潛力巨大的傳感技術(shù)，被廣泛應(yīng)用于檢測(cè)金屬離子、DNA、蛋白質(zhì)、有機(jī)小分子等。

企查查 App 顯示，近日，華為技術(shù)有限公司公開(kāi) “石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管”專(zhuān)利，公開(kāi)號(hào)為 CN110323266B。

了解到，專(zhuān)利摘要顯示，該申請(qǐng)?zhí)峁┮环N石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管，涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，可提高器件輸出電阻，從而提高開(kāi)關(guān)比，實(shí)現(xiàn)更好的射頻性能。一種石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管，包括：襯底、第一柵電極、第二柵電極、第一柵介質(zhì)層、第二柵介質(zhì)層、溝道層以及源電極和漏電極。

此外，溝道層的材料包括 AB 堆垛雙層石墨烯或者 AB 堆垛多層石墨烯;第一柵電極和第一柵介質(zhì)層設(shè)置于溝道層的一側(cè)，第二柵電極和第二柵介質(zhì)層設(shè)置于溝道層的另一側(cè);第一柵電極包括多個(gè)間隔設(shè)置的第一子電極以及第一連接子電極;第一子電極的延伸方向與源電極和漏電極的間距方向交叉，第一連接子電極與溝道層在襯底上的投影無(wú)交疊;第一子電極和第二柵電極用于向溝道層提供垂直于溝道層的縱向電場(chǎng)。

石墨烯是一種六方點(diǎn)陣蜂窩狀結(jié)構(gòu)的二維( 2D) 材料，由sp2雜化碳原子相互連接構(gòu)成。目前，應(yīng)用較為廣泛的制備石墨烯方法主要有: 機(jī)械剝離法、Hummers 法( 制備石墨烯的化學(xué)氧化-還原法) 、化學(xué)氣相沉積法( CVD) 和外延生長(zhǎng)法等。機(jī)械剝離法制備的石墨烯完整度較高，但是操作復(fù)雜，可控性低，成本較高且效率低下，實(shí)際生產(chǎn)中很少被采用; 化學(xué)氧化-還原法操作簡(jiǎn)單，可以制備大規(guī)模石墨烯，被廣泛用于石墨烯復(fù)合材料制備，但氧化石墨烯表面的含氧官能團(tuán)不能完全被還原，易出現(xiàn)結(jié)構(gòu)缺陷，空洞等破壞石墨烯共軛大π 鍵，影響石墨烯的導(dǎo)電性能; CVD 法制備的石墨烯完整度很高，在精細(xì)加工領(lǐng)域，比如集成電路方面，可以充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，但由于其在金屬層上沉積，需要腐蝕掉金屬層才能得到石墨烯，成本較高; 外延生長(zhǎng)法得到的石墨烯，難轉(zhuǎn)移、不能精確控制石墨烯厚度，很難得到大尺寸、高均勻性的石墨烯，原料碳化硅又十分昂貴，不適合一次性制得大量的石墨烯。

由于石墨烯優(yōu)異的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能、光學(xué)性能及機(jī)械性能，使其成為集成電路、場(chǎng)效應(yīng)晶體管、光電器件及傳感器的熱門(mén)材料，本文綜述了近年來(lái)石墨烯電子器件的研究進(jìn)展。

2019年中國(guó)科學(xué)院金屬研究所沈陽(yáng)材料科學(xué)國(guó)家研究中心首次制備出以肖特基結(jié)作為發(fā)射結(jié)的垂直結(jié)構(gòu)晶體管“硅—石墨烯—鍺晶體管”，成功將石墨烯基區(qū)晶體管的延遲時(shí)間縮短了1000倍以上，能使電子部件信號(hào)的傳遞和處理速度極大降低。未來(lái)將有望在太赫茲(THz)領(lǐng)域的高速器件中應(yīng)用。

分析人士稱(chēng)一旦石墨烯晶體管投入市場(chǎng)，意味著我國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)將得到極大的發(fā)展。此外，在上海舉行的國(guó)際石墨烯創(chuàng)新大會(huì)上，中國(guó)中科院就向世界展示了最新研制的8英寸石墨烯單晶晶圓。碳基芯片相比硅基芯片具有高硬度、高導(dǎo)熱性以及高導(dǎo)電性等獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)特性。華為公開(kāi)的這項(xiàng)專(zhuān)利將有助于打破美國(guó)等對(duì)半導(dǎo)體行業(yè)的壟斷。

石墨烯具有較大比表面積，可以負(fù)載較多分析的分子，提供更多活性位點(diǎn)，同時(shí)石墨烯極好的電子傳輸能力、對(duì)外部環(huán)境敏感性、對(duì)多種氧化還原反應(yīng)具有電催化活性及化學(xué)穩(wěn)定性等優(yōu)勢(shì)，使其在化學(xué)傳感器領(lǐng)域擁有巨大潛力。

石墨烯電子器件的關(guān)鍵問(wèn)題在于石墨烯結(jié)構(gòu)及層數(shù)的精準(zhǔn)控制，利用化學(xué)沉積法制備石墨烯的工藝價(jià)格昂貴，無(wú)法規(guī)?；a(chǎn); 外延生長(zhǎng)法制備的石墨烯層數(shù)無(wú)法準(zhǔn)確控制; 機(jī)械剝離法效率低價(jià)格高;Hummer 法制備石墨烯結(jié)構(gòu)受到破壞。因此，找到一種價(jià)格低廉，制備高品質(zhì)石墨烯的方法勢(shì)在必行。隨著研究的不斷深入和技術(shù)的進(jìn)步，相信不久之后這些問(wèn)題就會(huì)解決，石墨烯會(huì)成為電子器件家族的重要一員。