近年来,石墨烯、过渡金属硫族化合物、六方氮化硼和磷烯等二维晶体材料引起了学术界和产业界的广泛关注.它们具有原子级的厚度、优异的电学性质和突出的表面积体积比,在微电子器件领域具有一定的应用潜力,也为新型电子器件研究提供了机遇.在本论文中,基于现阶段两种最有潜力的二维材料,石墨烯和二硫化钼,针对二维材料在射频器件领域的应用进行了详细的研究.本文研究工作主要包括以下方面:
　　(1) 系统研究了石墨烯和二硫化钼的化学气相沉积制备.研究了不同退火氛围和甲烷流量在石墨烯生长过程中的作用,采用改进的工艺参数有效地降低了石墨烯在铜箔表面的成核密度,生长出高质量的毫米级单晶石墨烯,并对其进行了转移和表征分析.研究了熔融玻璃衬底上双层二硫化钼的化学气相沉积制备,生长了晶畴尺寸大于100μm 的高质量双层二硫化钼,并对其进行了转移和表征分析.采用标准的微纳加工工艺制备了石墨烯和二硫化钼场效应晶体管,对其迁移率和接触电阻进行了提取.
　　(2) 设计并制备了新型石墨烯双局域栅射频晶体管.双局域栅器件可以在石墨烯上下表面同时控制沟道区域,具有更强的栅极静电控制能力和更低的栅极电阻.基于双局域栅结构的石墨烯射频晶体管室温开关比可以达到 7,并且具有一定的输出电流饱和,其截止频率和最大振荡频率相对于嵌入栅结构有明显的提升.制备并研究了化学气相沉积双层二硫化钼射频晶体管,其截止频率和最大振荡频率分别为 7.2 和 23 GHz,其中最大振荡频率为目前文献报道的二硫化钼射频器件最大值.研究了基于二维材料射频晶体管的变频电路应用:倍频器和混频器,并对其性能进行了分析.
　　(3) 制备并研究了柔性二硫化钼射频晶体管.通过直流测试表明,双层二硫化钼柔性器件相对于单层二硫化钼柔性器件整体性能有明显的提升.通过标准的射频测试方法,得到了双层二硫化钼柔性器件的截止频率和最大振荡频率分别为4和9.6 GHz,远大于文献报道的基于单层二硫化钼的柔性射频器件性能.研究了不同栅极长度器件的射频性能,器件的截止频率和最大振荡频率随着沟道尺寸的减小明显提升.研究了不同弯折条件对柔性器件直流和射频性能的影响.
　　本文针对现阶段二维材料射频晶体管存在的科学问题进行了研究,对于二维材料在后摩尔时代和物联网领域的应用具有借鉴意义.