面向高速模拟射频应用的石墨烯Klein隧穿晶体管

我们提出石墨烯Klein隧穿晶体管（GKTFET），作为一种在保持高迁移率的同时实现电流饱和的方法，用于高速射频（RF）应用。GKTFET由一系列成角度的石墨烯p-n结（GPNJ）组成。Klein隧穿使得电子在每个GPNJ处发生准直，因此相邻结之间透射波瓣缺乏实质性重叠，从而产生栅极可调的输运能隙，且不会显著损害导通电流。器件边缘的电子散射倾向于将寄生态泄漏到能隙中，但由此产生的赝能隙仍足以产生饱和的输出（$I_D-V_D$）特性和高输出电阻。调制的态密度产生了比GFET更高的跨导（$g_m$）和单位电流增益截止频率（$f_T$）。更重要的是，高输出电阻使得GKTFET的单位功率增益截止频率（$f_{max}$）远大于GFET，使得模拟GKTFET在射频电子学中具有潜在用途。我们的估算表明，具有1 $\mu$m沟道的GKTFET的$f_T$/$f_{max}$达到33 GHz/17 GHz，对于100 nm沟道则可扩展至350 GHz/53 GHz（假设采用单个可扩展的梯形栅极）。GKTFET的$f_{max}$是相同沟道长度GFET的10倍。