研究目的
通过提高开启/关闭比并展示高温稳定性，利用伯纳尔堆叠双层石墨烯改善电阻混频器的转换损耗。
研究成果
伯纳尔堆叠双层石墨烯场效应管混频器通过双栅极控制实现高开关比，在2 GHz频率下达到创纪录的12.7 dB超低转换损耗。该器件在高达380 K温度下仍保持优异热稳定性且性能衰减极小，有望应用于低损耗高温射频领域。未来工作可聚焦于材料与器件结构的优化以提升性能。
研究不足
由于宽沟道中载流子不均匀性以及厚顶栅电介质的影响，所实现的带隙相对较小（47毫电子伏特）。采用更高迁移率的石墨烯或更薄的电介质可进一步改善开关比和转换损耗，从而降低本振功率需求。
1：实验设计与方法选择：
本研究设计并制备了双栅极伯纳尔堆叠双层石墨烯场效应晶体管（FET），用作栅极泵浦电阻混频器。理论基础包括转换损耗与开关比的关系，以及利用双栅极电压调节电位移场。方法包括石墨烯的化学气相沉积（CVD）生长、采用电子束光刻（EBL）和电子束蒸发（EBE）的器件制备，以及射频特性表征。
2：样本选择与数据来源：
伯纳尔堆叠双层石墨烯薄膜通过铜口袋法的CVD合成，并利用原子层沉积（ALD）的HfSiO介质转移至SiO2/Si衬底。器件制备于单晶双层石墨烯畴上以避免晶界散射。
3：实验设备与材料清单：
设备包括CVD系统、扫描电子显微镜（SEM）、拉曼光谱仪、电子束光刻系统、电子束蒸发系统、原子层沉积系统、配备滤波器和频谱分析仪的射频测试装置。材料包括生长用铜、CH4和H2气体、SiO2/Si衬底、HfSiO介质、接触电极用Pd/Au、栅极用Ni/Au，以及绝缘用的Al和Al2O3。
4：实验流程与操作步骤：
步骤包括在1070°C下通入H2和CH4气流生长石墨烯、转移至衬底、沉积HfSiO介质、通过电子束光刻和电子束蒸发进行器件图案化，以及使用含射频信号、本振信号、滤波器和频谱分析仪的测试电路进行射频测量。测量在真空及不同温度下进行。
5：数据分析方法：
数据分析涉及从射频测量中提取开关比和转换损耗，并采用既往文献方法进行带隙估算与性能对比。
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SEM
Used for imaging the transferred graphene film to observe BLG domains.
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Raman Spectrometer
Used to characterize the Bernal-stacked nature of BLG domains by analyzing intensity ratios of 2D and G peaks.
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Electron-Beam Lithography System
Used for defining the channel, source, drain contacts, and gate electrodes in device fabrication.
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Electron-Beam Evaporation System
Used for depositing metal layers such as Pd/Au for contacts and Ni/Au for gates.
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Atomic Layer Deposition System
Used for depositing high-k HfSiO and Al2O3 dielectrics.
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Spectrum Analyzer
Used in the RF test setup to measure IF output power and analyze signals.
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RF Filter
High pass and low pass filters
Used to separate RF and IF signals in the mixer test circuit, providing port isolation.
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Bias Tee
Used in the RF test setup to apply bias voltages.
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