[发明专利]全自驱动石墨烯晶体管、逻辑器件及传感器阵列有效

专利信息
申请号: 201910297196.8 申请日: 2019-04-12
公开(公告)号: CN111584612B 公开(公告)日: 2023-05-05
发明(设计)人: 孙其君;孟艳芳 申请(专利权)人: 北京纳米能源与系统研究所
主分类号: H01L29/06 分类号: H01L29/06;H01L29/78;H01L27/02;G01L1/16
代理公司: 中科专利商标代理有限责任公司 11021 代理人: 任岩
地址: 101400 北京市*** 国省代码: 北京;11
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摘要:
搜索关键词: 驱动 石墨 晶体管 逻辑 器件 传感器 阵列
【权利要求书】:

1.一种全自驱动石墨烯晶体管,其特征在于,包括:

基底层;

电极层,包含源极、漏极和栅极,位于基底层之上;

其中,该源极和漏极之间的源漏电压由聚吡咯发电机提供,该聚吡咯发电机在压力作用下产生大小可控的直流电;石墨烯作为沟道层,连接于源极和漏极之间,栅极电压由外界物体与栅极的接触-分离感应产生的电动势提供;所述聚吡咯发电机在压力作用下产生大小可控的源漏电压调控石墨烯沟道层中产生的载流子浓度,同时沟道层在栅极电压的调控作用下进行全自驱动电学输出。

2.根据权利要求1所述的全自驱动石墨烯晶体管,其特征在于,所述聚吡咯发电机为包含第一金属/聚吡咯/第二金属的层叠结构,第一金属与聚吡咯为欧姆接触,第二金属与聚吡咯存在肖特基势垒;第一金属与源极连接,第二金属与漏极连接。

3.根据权利要求1所述的全自驱动石墨烯晶体管,其特征在于,所述源极、漏极由金属材料充当。

4.根据权利要求1所述的全自驱动石墨烯晶体管,其特征在于,所述源极、漏极由石墨烯材料充当。

5.根据权利要求4所述的全自驱动石墨烯晶体管,其特征在于,充当源极、漏极的石墨烯材料与作为沟道层的石墨烯一体成型。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的全自驱动石墨烯晶体管,其特征在于,栅极由离子凝胶充当,该离子凝胶位于基底层之上,部分离子凝胶覆盖于石墨烯沟道层之上,形成离子凝胶/石墨烯界面,在外界物体与栅极层的接触-分离过程中,分别在离子凝胶的表面和离子凝胶/石墨烯界面形成负、正电荷相对排列的双电层。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的全自驱动石墨烯晶体管,其特征在于,所述栅极由石墨烯材料充当,形成栅极的石墨烯材料位于基底层之上,部分石墨烯材料覆盖于石墨烯沟道层之上。

8.根据权利要求1至5中任一项所述的全自驱动石墨烯晶体管,其IB191505-OA1

特征在于,

所述聚吡咯发电机中,第一金属、第二金属及聚吡咯各层的厚度介于300μm~1000μm之间,该聚吡咯发电机的长×宽的尺寸介于1×1cm2~2×2cm2之间;和/或,

所述基底层的长度和宽度介于1cm~3cm之间;和/或,

所述源极及漏极的长度和宽度介于1mm~2mm之间,厚度介于40nm~100nm;和/或,

所述源极和漏极的间距介于300μm~1000μm之间;和/或,

所述栅极的高度介于400μm~1000μm之间,栅极的长度和宽度介于2mm~5mm之间;栅极覆盖于沟道层之上的部分的长度介于100μm~150μm之间,栅极覆盖于沟道层之上的部分的宽度介于280μm~980μm之间。

9.一种逻辑器件,其特征在于,包括若干个权利要求1至8中任一项所述的全自驱动石墨烯晶体管。

10.根据权利要求9所述的逻辑器件,其特征在于,该逻辑器件包括如下器件的一种或其组合:反相器、与门、非门、或门、与非门、或非门、异或门及同或门。

11.一种传感器阵列,其特征在于,包括若干个权利要求1至8中任一项所述的全自驱动石墨烯晶体管。

12.根据权利要求11所述的传感器阵列,其特征在于,该传感器阵列作为电子皮肤使用,包含多个传感器单元,每个传感器单元包含至少一个全自驱动石墨烯晶体管,对压力和手势的变化同时进行自驱动检测。

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