石墨烯微电子与光电子器件

　　本书总结了近年石墨烯微电子与光电子器件领域的相关研究成果和国内外研究进展，包括石墨烯的基本光电特性，石墨烯晶体管以及基于石墨烯晶体管的新型石墨烯微电子器件，石墨烯光调制器和石墨烯光探测器等石墨烯光电子器件，石墨烯光电子器件与传统硅CMOS电路单片集成芯片等内容。本书力求将较为完整的石墨烯微电子与光电子器件的基础知识和研究全貌展示给读者，期望对读者掌握石墨烯微电子与光电子器件的基础知识和相关研究中的关键科学问题有所帮助。 本书可供从事石墨烯微电子与光电子器件研究的科技工作者使用，也可作为高等院校相关专业的参考用书。

　　陈弘达，中科院半导体所研究员。曾任中科院半导体所副所长，兼中国科学院研究生院教授，国家863计划新材料领域专家组成员，《半导体科学与技术丛书》副主编，中国电子学会半导体与集成技术分会委员，中国光学学会光电技术专业委员会委员，中国材料研究学会青年委员会常务理事，北京电子学会半导体专业委员会委员，国际电气与电子工程师协会（IEEE）会员，中国电子学会高级会员。　长期从事光电子与微电子学方面的科研和教学工作，目前研究方向为光电子与微电子集成器件、集成电路与系统。八五期间，成功研制出半导体多量子阱光探测器、光调制器列阵。九五十五期间，负责承担多项国家863项目和国家自然科学基金项目，成功研制出64×64 SEED与CMOS电路倒装焊光电子集成面阵器件、基于垂直腔面发射激光器（VCSEL）多信道光发射接收模块、硅基光探测器与CMOS电路单片集成的光电子集成电路（OEIC），提出了与CMOS工艺兼容的硅基发光器件模型。在国内外学术刊物和会议上发表论文50余篇，编著《甚短距离光传输技术》《微电子与光电子集成技术》2本专著，申请发明专利18项。　目前研究领域：包括新型信息光电子器件；光子晶体器件与集成光路；深亚微米高速集成电路和射频电路；微光电子系统集成芯片（SOC）；微光电子集成电路（OEIC）与系统；高速并行光传输模块及其在光网络、光互连中的应用；甚短距离（VSR）高速并行光通信网络系统。目前正在负责承担着国家自然科学基金重点项目硅基单片光电子集成回路（OEIC）的关键技术及相关理论研究、面上项目植入生物体的专用集成电路及相关模型研究等。

第1章 绪论
１.１ 引言
１.２ 石墨烯基本物理特性
１.２.１ 能带结构
１.２.２ 电学特性
１.２.３ 光学特性
１.２.４ 光电特性
１.３ 石墨烯场效应晶体管
１.３.１ GFET结构与基本特性
１.３.２ GFET发展现状
１.３.３ GFET在射频领域的应用介绍
１.４ 石墨烯光电探测器
１.４.１ GPD基本结构与特性
１.４.２ GPD发展现状
１.４.３ GPD潜在应用
１.５ 石墨烯器件制作工艺
１.５.１ 石墨烯转移技术
１.５.２ 石墨烯图形化
１.５.３ 石墨烯电连接
１.６ 从石墨烯分立器件到石墨烯集成芯片

第2章 石墨烯电子器件
２.１ 石墨烯场效应管概述
２.１.１ 石墨烯的晶格结构
２.１.２ 石墨烯场效应管的特性
２.２ 石墨烯场效应管制备方法
２.２.１ 适用于石墨烯电子器件的石墨烯材料制备方法
２.２.２ 石墨烯场效应晶体管电子器件制备方法
２.３ 石墨烯射频微电子器件
２.３.１ GFET倍频器
２.３.２ GFET混频器
２.３.３ GFET鉴相器
２.３.４ 石墨烯二极管
２.４ 石墨烯与六方氮化硼
２.４.１ 六方氮化硼（hBN）
２.４.２ 六方氮化硼包裹的石墨烯电子器件
２.５ GFET和柔性电子
２.６ 石墨烯传感器
２.６.１ 石墨烯气体传感器
２.６.２ 石墨烯压力传感器
２.７ 石墨烯场效应管的电流 电压特性和模型
２.７.１ U型转移特性
２.７.２ 弱饱和特性
２.７.３ Kink区特性
２.７.４ GFET的物理模型（Thiele模型）
２.７.５ GFET物理模型的化简和工程近似———解析模型
２.８ GFET功能电路
２.８.１ GFET反相器
２.８.２ GFET微分负阻电路
２.８.３ GFET共模差模变换电路
２.８.４ 晶圆级GFET集成电路
２.９ 石墨烯场效隧穿器件和电路
２.９.１ 石墨烯场效应隧穿晶体管的微分负阻特性
２.９.２ 验证GTFET电特性的实验
２.１０ 石墨烯倍频器
２.１０.１ 基于GFET的高纯度三倍频器
２.１０.２ 基于双栅GFET的可调倍频器
２.１１ 小结

第3章 石墨烯光调制器
３.１ 引言
３.２ 石墨烯光调制的机理
３.３ 石墨烯电光调制器
３.３.１ 波导型电光调制器
３.３.２ 空间电光调制器
３.３.３ 直接调制石墨烯光源
３.４ 石墨烯辅助微环光调制器
３.４.１ 微环光调制机理
３.４.２ 石墨烯辅助热光微环调制器
３.４.３ 石墨烯辅助电光微环调制器
３.５ 石墨烯全光调制器
３.５.１ 全光调制器机理
３.５.２ 石墨烯全光调制器
３.５.３ 石墨烯全光调制的应用

第4章 石墨烯光电探测器
４.１ 引言
４.２ 石墨烯光电转换特性
４.２.１ 光电转换过程介绍
４.２.２ 石墨烯光电探测机理
４.３ 高速石墨烯光电探测器
４.３.１ 表面入射石墨烯光电探测器
４.３.２ 波导集成石墨烯光电探测器
４.４ 高灵敏度石墨烯光电探测器
４.４.１ 石墨烯／半导体材料异质增强
４.４.２ 石墨烯／半导体量子点薄膜异质增强
４.４.３ 石墨烯／二维材料异质增强
４.４.４ 石墨烯／金属氧化物异质增强
４.４.５ 石墨烯／离子化合物异质增强
４.５ 零偏压石墨烯光探测器
４.５.１ 石墨烯／金属异质结构
４.５.２ 石墨烯半导体异质结构
４.５.３ 石墨烯pn结
４.６ 高稳定性低功耗石墨烯光电探测器
４.６.１ 器件设计
４.６.２ 器件加工和测试
４.６.３ 工作意义
４.７ 石墨烯探测器的应用介绍
４.７.１ 红外探测
４.７.２ THz探测
４.７.３ 频率变换

第5章 石墨烯光电器件与硅CMOS芯片集成
５.１ 单片集成石墨烯光接收机芯片
５.１.１ 光接收机前端CMOS电路
５.１.２ 石墨烯光电探测器和CMOS前端接收电路单片集成
５.２ 单片集成石墨烯红外成像芯片
５.２.１ 红外成像概述
５.２.２ 石墨烯探测器阵列读出电路
５.２.３ 石墨烯探测器阵列与CMOS读出电路单片集成

第6章 展望
６.１ 石墨烯信息器件应用前景
６.２ 高灵敏度石墨烯传感器
６.３ 高速光互连芯片

参考文献
索引