Field effect transistors based on graphene micro ribbons defined by photolithography and oxygen plasma etching

Orientadores: José Alexandre Diniz, Aline Maria Pascon de MarqueDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de ComputaçãoResumo: Neste trabalho, foram fabricados transistores de efeito de campo baseados em grafeno (GraFETs), com o canal de condução de corrente com 10 fitas e largura de 0,36 µm cada em paralelo, utilizando as etapas do processo de litografia e corrosão por plasma de oxigênio. Além disso, filmes alternativos, como TiO2, como dielétrico de porta, e TiN, como eletrodos metálicos, foram usados nesses dispositivos. A espectroscopia Raman, utilizada para identificar a integridade da camada de grafeno CVD (do inglês, Chemical Vapor Deposition - Deposição Química em Fase de Vapor) durante a fabricação, indicou que o canal de grafeno é formado por uma estrutura monocamada de alta qualidade, o que é uma característica importante para obter dispositivos GraFET. As análises SEM (do inglês, Scanning Electon Microscopy ou MEV ¿ Microscopia Eletrônica de Varredura), usadas para identificar as superfícies do dispositivo, indicaram que é possível obter o canal GraFET com 10 fitas de grafeno em paralelo. Para finalizar, todas as curvas IDS - VDS (Corrente entre Dreno e Fonte ¿ Tensão entre Dreno e Fonte) indicaram que os GraFETs estão funcionando muito bem, pois estas curvas apresentam: i) comportamento ôhmico, pois para VDS igual a 0 V, o IDS é 0 A para todas as medições (para todos os valores de VGS (Tensão entre Porta e Fonte)), indicando ausência de corrente de fuga; ii) comportamento ambipolar, característica típica dos GraFETs, pois essas curvas apresentam condução em polarizações negativa e positiva. As curvas IDS e transcondutância (gm) versus tensão VGS, medida em VDS = 0,5 V, apresentam, novamente, o comportamento ambipolar e revelam que o grafeno está minimamente, pois VDirac = 0. Para a curva gm-VGS, o valor máximo de transcondutância de 0,3 µS foi medido em VGS = -10 V, o que corresponde a 0,08 µS/µm, considerando a largura total de 3,6 µm, que é a soma de dez fitas de grafeno (em paralelo), com cada largura de cerca de 0,36 µm, que foi obtido por análise SEM. Todos esses resultados indicam que nosso método de fabricação, no futuro, pode ser usado em tecnologia de dispositivos e circuitos baseados em grafenoAbstract: In this work, Field Effect Transistors based on Graphene (GraFETs) were fabricated, with the current conduction channel with 10 ribbons (width of 0.36 µm each) in parallel, using the process steps of lithography and oxygen plasma etching. Furthermore, alternatives films, such as TiO2, as gate dielectric, and TiN, as metal electrodes, were used in these devices. Raman spectroscopy, used to identify the integrity of the Chemical Vapor Deposition (CVD) graphene layer during the fabrication, indicated that the graphene channel is formed by monolayer structure with high quality, which are important characteristics to get GraFET devices. SEM analyses, used to identify the device surfaces, indicated that it is possible to obtain the GraFET channel with 10 graphene wires in parallel. To finalize, all IDS - VDS (Drain-Source Current ¿ Drain-Source Voltage) curves indicated that GraFETs are working very well, because, these curves present: i) ohmic behavior, because at the VDS equal to 0 V, the IDS is 0 A for all measurements (for all values of VGS (Gate-Source Voltage)), indicating no leakage current; ii) ambipolar behavior, which a typical characteristic of GraFETs, because these curves present conduction in negative and positive condition. IDS and transconductance (gm) versus gate voltage VGS, measured at VDS=0.5 V, again, the ambipolar behavior is presented in these curves and reveal that the graphene is not doped, since VDirac = 0. For the gm-VGS curve, a maximum transconductance value of 0.3 µS was measured at VGS = -10 V, which corresponds to 0.08 µS/µm, considering the total width of 3.6 µm, which is the sum of ten graphene wires (in parallel), with each width of about 0.36 µm, that was obtained by SEM analysis. All these results indicate that our fabrication method, in the future, can be used in device and circuit technology based on grapheneMestradoEletrônica, Microeletrônica e OptoeletrônicaMestre em Engenharia Elétrica1695508CAPE