研究人员为未来的太赫兹操作制造了硅石墨烯锗晶体管

 
石墨烯和Ge衬底。 b Si-Gr-Ge晶体管的光学图像(比例尺：20μm)。 c石墨烯上Si膜的SEM图像(比例尺：4μm)。 d晶体管横截面图。 e晶体管的基本工作原理图。信用：Nature Communications 1947年，贝尔实验室发明了第一只晶体管，即双极结型晶体管(BJT)，从此引领了信息技术的时代。在最近的几十年中，一直存在对BJT的更高频率操作的持续需求，导致了诸如异质结双极晶体管(HBT)和热电子晶体管(HET)的新器件的发明。 HBT已启用太赫兹操作，但其截止频率最终受到基本传输时间的限制;对于HET，需要没有针孔且具有低基极电阻的薄基极的需求通常会导致材料选择和制造困难。
最近，研究人员提出了石墨烯作为晶体管的基础材料。由于原子的厚度，石墨烯的碱对电子传输几乎是透明的，导致可忽略的碱传递时间。同时，与薄的块状材料相比，石墨烯的极高的载流子迁移率将有益于基极电阻。基于石墨烯的晶体管(GBT)通常使用隧道发射器，该隧道发射器通过绝缘体发射电子。但是，发射极势垒高度严重限制了截止频率。理论研究表明，肖特基发射极可以解决这一势垒限制。
科学院金属研究所的一组研究人员构建了第一个带有肖特基发射极的石墨烯基晶体管，该晶体管是硅-石墨烯-锗晶体管。该团队使用半导体膜和石墨烯转移技术，堆叠了三种材料，包括n型顶部单晶Si膜，中间单层石墨烯(Gr)和n型底部Ge衬底。
与以前的隧道发射极相比，Si-Gr肖特基发射极的导通电流显示出最大的导通电流和最小的电容，从而使延迟时间缩短了1000倍以上。因此，预计晶体管的阿尔法截止频率将从使用先前的隧道发射器的约1 MHz增加到使用当前的肖特基发射器的1 GHz以上。使用理想设备的紧凑模型可以实现THz操作。在Nature Communications上发表的论文中详细讨论了工作晶体管的电行为和物理活动。
经过进一步的工程设计，由于原子厚度，高载流子迁移率和肖特基发射极的优势，垂直半导体-石墨烯-半导体晶体管有望在未来的3D单片集成中用于高速应用。