【導讀】日本試制出邏輯元件用4端子石墨烯晶體管，晶體管溝道部分的尺寸為長20nm、寬30nm，導通/截止比達到2.54萬倍。此次開發的石墨烯晶體管設置有兩個頂柵極型柵極電極，再加上源電極、漏電極，該晶體管共具備4個端子。
日本產業技術綜合研究所和物質材料研究機構2012年12月11日宣布“共同開發出了新工作原理的石墨烯晶體管”，電流導通/截止比達到104。
此次開發的石墨烯晶體管設置有兩個頂柵極型柵極電極，而且還通過向兩個柵極間的石墨烯照射氦離子，產生晶格缺陷。此外再加上源電極、漏電極，該晶體管共具備4個端子。
圖1：試制元件的照片和構造
石墨烯不經處理的話一般沒有帶隙。而且載流子密度非常小，電流密度低。施加電壓時，根據其極性的不同，就會擁有n型或p型的導電性。另外，具有晶格缺陷的石墨烯擁有一種名為“傳輸帶隙”的帶隙。
此次通過向試制元件的兩個柵極電極獨立施加電壓，在一片石墨烯上形成了p型和n型兩個區域。導通時使兩個電壓極性一致、流過電流；截止時通過使兩個電壓極性相反使該晶體管變為與向二極管施加逆電壓時相同的情況。
據產綜研介紹，元件是用從石墨剝離的單層石墨烯制作的。晶體管溝道部分的尺寸為長20nm、寬30nm。
在200K（－73℃）低溫下，向源電極施加－100mV電壓，向漏電極施加＋100mV電壓。并且將漏極側柵極電壓固定為－2V，使源極側柵極電壓在－4V～＋4V間變化，這時電流就會從不到10－9變為超過10－14。“導通/截止比達到2.54萬倍”。
圖2：使一側柵極電壓變化時的電流變化
在使用兩個柵極電極的石墨烯晶體管方面，日本東北大學電氣通信研究所教授尾辻泰一的研究小組曾在2011年發表過相關技術。不過，當時的晶體管用作太赫茲振蕩器，所以此次作為邏輯元件還屬首例。
