最近发表在《ACS Nano》上的一项新研究表明，石墨烯电子器件正从实验室规模的演示迈向稳健的工业化制造。这项由VTT和Graphenea的研究人员共同完成的研究，重点在于优化200毫米晶圆上石墨烯场效应晶体管（GFET）的制造工艺和表征方法。
图：GFET工业化制造优化的示意图。来源：A. Murros et al, ACS Nano (2026) 20 (37): 25275–25289.
随着石墨烯器件的生产规模从单个芯片扩展到整片晶圆，制造商需要可靠的方法来评估数千个晶体管的质量。对载流子迁移率、接触电阻、掺杂浓度和滞后等关键参数进行一致的测量，对于质量控制和商业化至关重要。
该团队优化了与CMOS后端工艺（BEOL）兼容的GFET制造流程中的几个关键工艺步骤，包括：
- 栅极堆栈制备
- 底接触形成
- 石墨烯图案化
- 器件封装
为了评估性能，他们将原子力显微镜（AFM）和扫描电子显微镜（SEM）等结构表征技术与全面的电学测试相结合。
该研究得出的最重要结论之一是，测试结构和数据提取方法的选择会显著影响石墨烯晶体管报告的电学性能。迁移率和接触电阻等参数会因测量和分析方式的不同而有所差异，因此除非研究方法经过仔细统一，否则不同研究之间的直接比较将面临挑战。
经过优化的工艺在200毫米晶圆上展现出了令人印象深刻的制造性能，包括：
- 97%的器件良率
- 良好的掺杂均匀性
- 低接触电阻
- 高载流子迁移率
- 低转移曲线滞后
这些结果表明，晶圆级石墨烯场效应管（GFET）的制造能够达到工业应用所需的一致性和可重复性。
该研究为推动石墨烯器件向商业化生产迈进提供了切实可行的路线图。除了改进制备工艺外，该研究还强调了标准化表征方法的重要性，这些方法能够实现试点生产线、研究机构和工业合作伙伴之间的有效对比评估。通过将高良率与可靠的计量技术相结合，这项研究标志着在将石墨烯集成到下一代传感器、射频器件及其他先进电子应用领域方面又迈出了重要一步。
该研究得到了欧盟“地平线2020”研究与创新计划（资助协议编号：2D-EPL (952792)）以及欧盟“地平线欧洲”研究与创新计划（资助协议编号：2D-PL (101189797) 和 MUNASET (101119473)）的支持。
文献信息
Graphene Field-Effect Transistor Process and Analysis Optimization in 200 mm Pilot-Line Environment
https://doi.org/10.1021/acsnano.6c03282
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