Transistors à effet de champ à canal Graphène

Nous avons réalisé des transistors normally-off à canal graphène sur SiC, avec des densités de courant élevées, rendant ce type de dispositif intéressant pour les applications de puissance.
Le carbure de silicium (SiC) présente des propriétés très intéressantes pour l’électronique de puissance ou haute température. De plus, le SiC présente des propriétés de bio-compatibilité qui en font un excellent candidat pour des applications de bio-détection. Par ailleurs, il est possible d’obtenir des feuillets de graphène en surface du SiC, par sublimation des atomes de Si du réseau cristallin de SiC, par faisceau d’électrons sous vide ou à haute température.

Nous avons réalisé des transistors à effet de champ de type p sur une structure SiC-p/SiC-n sur substrat SiC-n+. Les étapes de fabrication comprennent la gravure des source et drain de type p, la création de la couche de graphène, et le dépôt de l’oxyde de grille (silice) avant la prise des contacts. Les transistors réalisés sont fonctionnels et ont été caractérisés en statique. Les transistors sont normalement fermés et le courant à l’état passant est de l’ordre de 0.1A/mm pour un transistor de longueur 2 microns et largeur 40 microns. La densité de courant obtenue est élevée pour un interrupteur normally-off sur SiC, ce qui rend ce type de dispositifs intéressant pour des applications de puissance. La modulation du courant source-drain par application du champ électrique est de l’ordre de 6 décades.

Les perspectives envisagées sont le remplacement de la silice de grille par un oxyde ferroélectrique (grande constante diélectrique, effet mémoire dû au cycle d’hystérésis), et la réalisation de transistors (type ISFET) pour la biodétection en milieu fluide.
Ce démonstrateur a été réalisé dans le cadre d’un projet d’application recherche (PAr) de l’école centrale de Lyon dans le cadre d’une collaboration entre l’INL et le laboratoire Ampère, dans la centrale de technologie Nanolyon.

Légende: Un transistor réalisé (en insert, image en microscopie électronique des zones de source et drain de du canal de graphène).

Contacts: Pedro ROJO-ROMEO – Bertrand VILQUIN – Mihai LAZAR (Laboratoire AMPERE) – 

Références:
– J. Lhuillier et al. Transistor à base de graphène. Journée Nanolyon 2014, Ecole Centrale de Lyon, 27 juin 2014
– J. Pézard et al. Graphene on 4H-SiC for terahertz transistors and ferroelectric non-volatile memories. European Conference on Silicium Carbide & Related Materials (ECSCRM). 21-25 septembre 2014, Grenoble (Fr).
– J. Pézard et al. Realization and characterization of Graphene on 4H-SiC for Tera-Hertz transistors. Accepté pour publication dans Materials Science Forum, 2015.