CN103000220A

CN103000220A - 半导体器件和操作该半导体器件的方法

Info

Publication number: CN103000220A
Application number: CN2012103249040A
Authority: CN
Inventors: 金镐正; 郑佑仁; 申在光
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2011-09-16
Filing date: 2012-09-05
Publication date: 2013-03-27
Anticipated expiration: 2032-09-05
Also published as: JP2013065848A; KR20130030103A; CN103000220B; KR101878738B1; JP6153708B2; US20130069714A1; JP2017108166A; JP6431941B2; US8638163B2

Abstract

半导体器件和操作该半导体器件的方法。该半导体器件包括：电压产生器，被配置为产生测试电压；石墨烯晶体管，被配置为基于测试电压接收栅极-源极电压；以及检测器，被配置为检测栅极-源极电压是否是石墨烯晶体管的狄拉克电压，并输出施加于电压产生器的反馈信号，其指示栅极-源极电压是否是狄拉克电压。

Description

半导体器件和操作该半导体器件的方法

对相关申请的交叉引用

本申请要求于2011年9月16日向韩国特许厅提交的韩国专利申请No.10-2011-0093646的权益，通过引用将其公开的全部内容合并于此。

技术领域

本公开涉及半导体器件和操作所述半导体器件的方法。

背景技术

石墨烯是包括在单层的六角形晶格中形成的碳原子的材料。石墨烯在化学上非常稳定，并且具有这样的半导体特性：导带和价带仅在一个点（狄拉克点）处重叠。另外，石墨烯具有非常高的电荷迁移率。

因此，需要包括石墨烯晶体管的半导体器件和高效率地操作所述包括石墨烯晶体管的半导体器件的方法。

发明内容

提供包括石墨烯晶体管的半导体器件和高效率地操作所述包括石墨烯晶体管的半导体器件的方法。

其他方面部分将在下面的描述中阐明，而且部分从下面的描述中将变得明了，或者可以通过给出的实施例的实践习得。

根据示例实施例，一种半导体器件包括：电压产生器，产生测试电压；石墨烯晶体管，基于测试电压接收栅极-源极电压；以及检测器，检测栅极-源极电压是否是石墨烯晶体管的狄拉克电压，并输出施加于电压产生器的反馈信号，其指示栅极-源极电压是否是狄拉克电压。

检测器可以检测石墨烯晶体管是否截止，而且如果检测到石墨烯晶体管截止，则检测器可以将栅极-源极电压检测为狄拉克电压。

检测器可以基于石墨烯晶体管的漏极-源极电压和漏极-源极电流中的至少一个来检测石墨烯晶体管是否截止。

如果反馈信号指示栅极-源极电压不是狄拉克电压，则电压产生器可以更改测试电压。

电压产生器可以包括：电压调节单元，基于存储在存储单元中的数据来产生测试电压；以及存储调节单元，基于反馈信号来调节存储在存储单元中的数据。

电压调节单元可以包括第一可变电阻器和第二可变电阻器，并且被配置为基于第一可变电阻器的第一电阻与第二可变电阻器的第二电阻的比率产生测试电压，而且电压调节单元可以基于数据来确定第一电阻与第二电阻的比率。

在检测时段期间，存储调节单元可以更改数据以使得测试电压周期性地提高。

检测时段可以基于使能信号而开始，并且可以当反馈信号指示栅极-源极电压是狄拉克电压时结束。

使能信号可以基于半导体器件的制造时间、加电时间、和初始化时间中的至少一个来指示检测时段的开始。

石墨烯晶体管可以形成于包括石墨烯的第一区域中，而电压产生器和检测器可以形成于不包括石墨烯的第二区域中。

该半导体器件可以进一步包括信号转换器，其形成于第二区域，而且从第二区域接收输入信号并输出通过转换输入信号获得的输出信号，其中将输出信号提供给第一区域。

输入信号可以包括截止电压和电源电压，而且信号转换器将截止电压转换为狄拉克电压，并将电源电压转换为石墨烯晶体管的工作电压。

根据另一示例实施例，一种半导体器件包括：电压产生器，产生第一测试电压；石墨烯晶体管，基于第一测试电压接收第一栅极-源极电压；以及检测器，检测第一栅极-源极电压是否是石墨烯晶体管的狄拉克电压，并向电压产生器输出第一反馈信号，如果石墨烯晶体管截止，则第一反馈电压指示第一栅极-源极电压是狄拉克电压。

如果第一反馈信号指示第一栅极-源极电压不是狄拉克电压，则电压产生器可以产生第二测试电压，并且石墨烯晶体管可以基于第二测试电压接收第二栅极-源极电压，而且检测器可以检测第二栅极-源极电压是否是石墨烯晶体管的狄拉克电压，并向电压产生器输出第二反馈信号，如果石墨烯晶体管截止，则第二反馈电压指示第二栅极-源极电压是狄拉克电压。

根据另一示例实施例，一种操作包括石墨烯晶体管的半导体器件的方法包括：产生测试电压；基于测试电压向石墨烯晶体管施加栅极-源极电压；检测栅极-源极电压是否是石墨烯晶体管的狄拉克电压；产生反馈信号，其指示栅极-源极电压是否是狄拉克电压；以及基于反馈信号，确定是否更改测试电压。

所述检测栅极-源极电压是否是石墨烯晶体管的狄拉克电压的步骤可以包括：通过向石墨烯晶体管施加栅极-源极电压，检测石墨烯晶体管是否截止；以及如果检测到石墨烯晶体管截止，则将栅极-源极电压检测为狄拉克电压。

可以基于存储在存储单元中的数据来产生测试电压。

所述基于反馈信号来确定是否更改测试电压的步骤可以包括：当反馈信号指示栅极-源极电压不是狄拉克电压时，更改存储在存储单元中的数据；以及基于已更改的数据来更改测试电压。

该方法可以进一步包括：转换从第二区域接收的输入信号；以及向第一区域提供通过转换输入信号获得的输出信号，其中第一区域是形成石墨烯晶体管的地方。

输入信号可以包括截止电压和电源电压，而且所述转换输入信号的步骤可以包括：将截止电压转换为狄拉克电压；以及将电源电压转换为石墨烯晶体管的工作电压。

根据另一示例实施例，一种半导体器件包括：石墨烯晶体管，具有基于测试电压的栅极-源极电压；电压产生器，被配置为产生响应于反馈信号而变化的测试电压；以及检测器。检测器被配置为：检测栅极-源极电压是否是参考电压；以及向电压产生器输出反馈信号，其指示栅极-源极电压是否是参考电压。参考电压可以是当石墨烯晶体管的传导率最小时的电压电平。

附图说明

通过下面结合附图对实施例的描述，这些和/或其他方面将变得清楚且更加易于理解，其中：

图1是示出依据示例实施例的半导体器件的图；

图2是示出依据示例实施例的操作图1的半导体器件的方法的流程图；

图3是示出石墨烯晶体管的特性的曲线图；

图4是示出依据示例实施例的包括在图1的半导体器件中的电压产生器的图；

图5是示出依据另一示例实施例的包括在图1的半导体器件中的电压产生器的图；

图6示出依据示例实施例的施加到图5中所示的电压产生器的信号与由电压产生器产生的测试电压之间的关系；

图7是示出图1的半导体器件的示例的电路图；

图8是示出图1的半导体器件的另一示例的电路图；

图9是示出依据另一示例实施例的半导体器件的示意性透视图；

图10是示出依据另一示例实施例的半导体器件的示意性透视图；

图11是示出依据另一示例实施例的半导体器件的图；

图12示出依据示例实施例的图11的信号转换器；以及

图13示出依据示例实施例的图12中所示的信号转换器的输入信号和输出信号之间的关系。

具体实施方式

现在将详细参考实施例，其示例在附图中示出，其中相似的引用数字始终指代相似的元件。这里，当前实施例可以具有不同的形式，而且不应当被解读为限于这里阐明的描述。因此，仅仅是通过参照附图在下面描述实施例，以解释本描述的各方面。在这里使用时，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项的任何及所有组合。诸如“……中的至少一个”的表述当位于一列元件之后时，修饰整列元件，而不是修饰该列中的单独的元件。

现在将参照其中示出本发明的示例实施例的附图更加全面地描述示例实施例。然而，本发明可以以多种不同的形式实现，而不应当被解读为限于这里阐述的实施例；相反，提供这些实施例以使得此公开将变得彻底而完整，并将向本领域技术人员全面地传达本发明的构思。

这里使用的术语是仅是为了描述具体实施例的目的，而非意在限制示范性实施例。在这里使用时，单数形式“一”、“一个”和“该”意在同样包括复数形式，除非上下文清楚地指出除外。还不难理解，这里使用的术语“包括”和/或“包含”指明所述特征、整数、步骤、操作、部件、组件和/或其组的存在，然而不排除存在或增加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、部件、组件和/或其组。不难理解，虽然这里可以使用术语第一、第二等来描述各种元件，然而这些元件不应当被这些术语限制。这些术语只是用于将一个元件与另一个区分开来。在这里使用时，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项的任何和所有组合。

不难理解，虽然这里可以使用术语第一、第二等来描述各种元件，然而这些元件不应该被这些术语限制。这些术语只是用于将一个元件与另一个区分开来。例如，可以将第一元件称为第二元件，而且类似地，可以将第二元件称为第一元件，而不背离示例实施例的范围。

附图中，例如，根据制造技术和/或公差，可以修改所示元件的形状。因而，所述实施例不应当被解读为限于这里阐述的实施例，而应当包括例如制造期间引起的形状上的变化。

图1是示出依据示例实施例的半导体器件SCD的图，而图2是示出依据示例实施例的操作图1的半导体器件SCD的方法的流程图。

参照图1和2，半导体器件SCD可以包括石墨烯晶体管GTr、电压产生器VGEN、和检测器DTEC。

石墨烯晶体管GTr是使用石墨烯作为半导体的晶体管。以下，为了区分石墨烯晶体管GTr，使用并非由石墨烯形成的半导体的晶体管将被称为一般晶体管。一般晶体管可以通常使用硅作为半导体。本说明书中，任何不被称为石墨烯晶体管的晶体管被假定为一般晶体管。

图3是示出石墨烯晶体管的特性的曲线图。x轴表示石墨烯晶体管的栅极-源极电压Vgs，而y轴表示石墨烯晶体管的漏极-源极电流Ids。这里，假定石墨烯晶体管的漏极-源极电压是恒定的。

参照图3，漏极-源极电流Ids与栅极-源极电压Vgs之间的关系相对于石墨烯晶体管的狄拉克电压Vdr而变化。

如果栅极-源极电压Vgs大于狄拉克电压Vdr，则漏极-源极电流Ids随着栅极-源极电压Vgs增加也增加。如果栅极-源极电压Vgs小于狄拉克电压Vdr，则漏极-源极电流Ids随着栅极-源极电压Vgs增加而减少。

如果栅极-源极电压Vgs与狄拉克电压Vdr相同，则漏极-源极电流Ids成为最小电流Imin。即，当石墨烯晶体管的栅极-源极电压Vgs是狄拉克电压Vdr时，石墨烯晶体管的传导率最小。以下，将狄拉克电压Vdr定义为最小化石墨烯晶体管的传导率的栅极-源极电压Vgs。狄拉克电压Vdr对应于狄拉克点。而且，当石墨烯晶体管具有最低的传导率时，石墨烯晶体管被称为处于截止状态。

狄拉克电压Vdr不总是固定的，例如狄拉克电压Vdr可以由于带电杂质而移动。当狄拉克电压Vdr移动时，如果栅极-源极电压Vgs保持恒定，则石墨烯晶体管的状态可以改变。因此，可能需要检测狄拉克电压Vdr。

图3是狄拉克电压Vdr的移动的示例的图示。在狄拉克电压Vdr移动之前的操作电压Vop的电流增益被称为第一电流增益dl1。在狄拉克电压Vdr移动之后的操作电压Vop的电流增益被称为第二电流增益dl2。

当狄拉克电压Vdr已经移动时，电流增益可以减少，导致第二电流增益dl2低于第一电流增益dl1。电流增益的该减少可以导致石墨烯晶体管工作中的错误，且可能产生漏电流。

再次参照图1到3，电压产生器VGEN被配置为在操作S110产生测试电压Vt。在操作S120，可以基于测试电压Vt将栅极-源极电压Vgs施加到石墨烯晶体管GTr。

检测器DTEC被配置为在操作S130检测栅极-源极电压Vgs是否是石墨烯晶体管GTr的狄拉克电压Vdr。为了检测栅极-源极电压是否是狄拉克电压Vdr，检测器DTEC可以检测石墨烯晶体管GTr是否截止。如果检测到石墨烯晶体管GTr处于截止状态，则检测器DTEC可以检测栅极-源极电压Vgs为狄拉克电压Vdr。检测器DTEC可以基于由漏极-源极电压Vds和漏极-源极电流Ids组成的组中的至少一个来检测石墨烯晶体管GTr是否截止。

检测器DTEC被配置为在操作S140输出反馈信号Sfb，其指示栅极-源极电压Vgs是否是狄拉克电压Vdr。可以将反馈信号Sfb施加到电压产生器VGEN。

电压产生器VGEN被配置为在操作S150基于反馈信号Sfb来确定是否更改测试电压Vt。如果反馈信号Sfb指示栅极-源极电压Vgs不是狄拉克电压Vdr，则电压产生器VGEN可以更改测试电压Vt。电压产生器VGEN可以更改测试电压Vt直到收到指示栅极-源极电压Vgs是狄拉克电压Vdr的反馈信号Sfb。

如上所述，根据一个或多个示例实施例，可以检测石墨烯晶体管的狄拉克电压Vdr。通过检测狄拉克电压Vdr，可以防止石墨烯晶体管的故障。

图4是示出依据示例实施例的包括在图1的半导体器件SCD中的电压产生器VGEN的图。

参照图4，电压产生器VGEN可以包括存储单元SU、存储调节单元SREG、和电压调节单元VREG。

电压调节单元VREG被配置为基于存储单元SU中存储的数据DTA来产生测试电压Vt。存储调节单元SREG被配置为控制存储单元SU以调节存储在存储单元中的数据DTA。存储调节单元SREG可以基于反馈信号Sfb来调节数据DTA。

电压调节单元VREG可以包括第一可变电阻器110、第二可变电阻器120、放大器130、晶体管140、和电容器150。晶体管140可以是P型晶体管。第一可变电阻器110的电阻被称为第一电阻Rd1，而第二可变电阻器120的电阻被称为第二电阻Rd2。

第一可变电阻器110和第二可变电阻器120可以串联连接。可以基于第一电阻Rd1与第二电阻Rd2之间的比率在测试电压Vt和偏置电压VBB之间产生分压Vdv。偏置电压VBB可以是负电压。可以根据如下所示的公式1来确定分压Vdv。

[公式1]

Vdv=[(Vt-VBB)Rd1/(Rd1+Rd2)]+VBB

放大器130被配置为接收第一参考电压Vref1和分压Vdv，并输出放大电压。可以将放大电压施加到晶体管140的栅极。

如果分压Vdv小于第一参考电压Vref1，则放大电压处于低状态，从而导通晶体管140。随着晶体管140的导通，向电容器150充电，且测试电压Vt逐渐增加。因此，随着测试电压Vt逐渐增加，分压Vdv根据公式1也逐渐增加。

随着分压Vdv逐渐增加至大于第一参考电压Vref1，放大电压处于高状态，从而截止晶体管140。随着晶体管140的截止，电容器150放电且测试电压Vt减小。因此，随着测试电压Vt的减小，分压Vdv根据公式1也减小。

当分压Vdv减小至小于第一参考电压Vref1时，晶体管140再次导通，导致测试电压Vt增加。

即，随着晶体管140重复地导通和截止，分压Vdv可以集中到第一参考电压Vref1，而测试电压Vt可以集中到下面的公式2。

[公式2]

Vt=[(Vref1-VBB)(Rd1+Rd2)/Rd1]+VBB

可以通过存储单元SU中存储的数据DTA来调节第一电阻Rd1与第二电阻Rd2之间的比率，并且可以通过存储调节单元SREG来调节数据DTA。从而，当数据DTA变化时，测试电压Vt可以根据公式2变化。

图5是示出依据另一示例实施例的图1的半导体器件SCD中包括的电压产生器的图。图5的电压产生器可以是图4的电压产生器的变体。所以，省略已经参照图4提供的电压产生器的描述。

参照图5，第一和第二可变电阻器110a和110b可以包括多个电阻器R0到R8以及开关晶体管S0到S7。存储单元SU可以包括锁存器L0到L7。存储调节单元SREG可以包括计数器COUN和AND门。图5是示例实施例的示意图，而电阻器、开关晶体管、和锁存器的数目不限于图5中所示的数目。

可以将开关晶体管S0到S7的每一个的漏极和源极连接到多个电阻器R0到R7中的相应的电阻器的两端，使得每个开关晶体管S0到S7与多个电阻器R0到R7中的相应的电阻器并联。可以将开关晶体管S0到S7的栅极连接到对应的锁存器L0到L7。可以由对应的锁存器L0到L7来控制每一开关晶体管S0到S7的导通与否。例如，开关晶体管S2与电阻器R2的两端连接，且开关晶体管S2与锁存器L2连接，使得如果锁存器L2中存储了“1”，则绕过并联的电阻器R2而导通开关晶体管S2。从计数器COUN输出的数据DTA可以存储在存储单元SU的多个锁存器L0到L7中。例如，如果数据DTA是8比特，可以将数据DTA的从最低有效位到最高有效位的数据分别顺序地存储在锁存器L0到锁存器L7中。如果数据DTA是“0b1100 1000”，则可以将它存储在多个锁存器L0到L7中，以使得LSB“0”存储在锁存器L0中，而第二位“0”存储在锁存器L1中。如果从锁存器L0到锁存器L7顺序地存储“1100 1000”，则绕过对应的电阻器R3、R6和R7而导通晶体管S3、S6和S7。从而，第一电阻Rd1为“R0+R1+R2”，而第二电阻Rd2为“R4+R5+R8”。然而，可以用各种方式在多个锁存器L0到L7中存储数据DTA，而不限于该示范示例中的布置。

电阻器R0到R8可以具有彼此相同或不相同的各种电阻。而且，可以设置电阻器R0到R8的电阻以使得“（Rd1+Rd2）/Rd1”随着数据DTA的值的增加而增加。该情况下，随着数据DTA的值增加，测试电压Vt增加（见公式2）。

存储调节单元SREG的计数器COUN被配置为调节数据DTA的值。计数器COUN可以包括重置端子RT、时钟端子CT、和输出端子OT。重置端子RT接收重置信号RST，而时钟端子CT接收门输出信号Sag，其是AND门的输出。输出端子OT可以与存储单元SU连接，且被配置为输出数据DTA。可以将输出数据DTA存储在存储单元SU中。

当重置信号RST被施加到重置端子RT时，可以初始化计数器COUN。

存储调节单元SREG的AND门被配置为将门输出信号Sag施加到计数器COUN的时钟端子CT。门输出信号Sag可以是通过对使能信号EN、时钟信号CLK、和反馈信号Sfb执行AND门操作而获得的信号。

计数器COUN被配置为基于施加到时钟端子CT的门输出信号Sag来调节存储在存储单元SU中的数据DTA的值，并经由输出端子OT输出已调节的数据DTA。

图6示出依据示例实施例的施加到图5中所示的电压产生器VGEN的信号与测试电压Vt之间的关系。然而，图6是为了描述方便的示例，且电压产生器VGEN的操作不限于图6的示例。

参照图5和6，将处于高状态HS的重置信号RST施加到计数器COUN以初始化计数器COUN。处于高状态HS的使能信号EN施加到AND门之前，施加到计数器COUN的时钟端子CLK的门输出信号Sag一直处于低状态LS，因而计数器COUN不工作。

一旦使能信号EN从低状态LS变为高状态HS，则检测时段DT开始。在检测时段DT期间，将具有与时钟信号CLK的波形相同的波形的门输出信号Sag提供至计数器COUN的时钟端子CT。计数器COUN输出数据DTA，其值在检测时段DT中时钟信号CLK的第一时段T1到第五时段T5的每一个中加1，并且在存储单元SU中存储输出数据DTA。

检测时段DT可以以多种方式开始。例如，检测时段DT可以在半导体器件SCD（见图1）被制造、通电、或初始化时开始。例如，使能信号EN可以在半导体器件SCD的制造时间、加电时间、或初始化时间的一个或多个处命令检测时段DT开始。

替换地，检测时段DT可以定期地或不定期地开始。在检测时段DT不定期地开始的情况下，它可以在通过温度补偿电路检测到的温度变化等于或大于临界值时开始。然而，上述检测时段的开始条件是示例，开始时段DT的开始条件不限于此。

在检测时段DT开始之前，由重置信号RST初始化计数器COUN，从而计数器COUN可以从0开始计数。

在检测时段DT的第一时段T1中，计数器COUN的输出端子OT输出0（=b00000000）作为数据DTA。电压产生器VGEN的电压调节单元VREG基于在第一时段T1具有值0的数据DTA（存储在存储单元SU中）产生测试电压Vt，且测试电压Vt在第一时段T1期间稳定为第一测试电压Vt1。

反馈信号Sfb在第一时段T1期间保持在低状态，因而计数器COUN在第二时段T2将数据DTA的值从0（=0b00000000）增加到1（=0b00000001）。电压产生器VGEN的电压调节单元VREG基于在第二时段T2具有值1的数据DTA产生测试电压Vt，且测试电压Vt在第二时段T2期间稳定为第二测试电压Vt2。

以这种方式继续，在第五时段T5，数据DTA是4（=0b00000100），并产生对应于数据DTA的测试电压Vt，且在第五时段T5期间，测试电压Vt稳定为第五测试电压Vt5。

在第五时段T5期间，反馈信号Sfb从低状态LS转变到高状态HS。反馈信号Sfb的转变可以表示检测器DTEC（见图1）已经检测到狄拉克电压Vdr（见图3），如将在下面详细描述的。当反馈信号Sfb变为高状态HS时，门输出信号Sag变为低状态LS，因而计数器COUN不工作。从而，在该示例中，存储单元SU中存储的数据DTA固定为4。基于使能信号EN开始的检测时段DT可以基于反馈信号Sfb而终止。

图7示出图1的半导体器件SCD的示例实施例。图7中，详细示出图1的半导体器件SCD的检测器DTEC。除了检测器DTEC之外，上述图1的半导体器件SCE的其他元件的描述可以适用于图7。因此，为了简明，省略重复的描述。

参照图7，半导体器件SCD的检测器DTEC可以包括电流源210和放大器220。电流源210被配置为提供参考电流Ir。可以将电流源210和放大器220连接至石墨烯晶体管GTr的漏极。

放大器220被配置为接收检测电压Vd和第二参考电压Vref2，其中检测电压Vd是石墨烯晶体管GTr的漏极电压，并输出可以被反馈至电压产生器VGEN的反馈信号Sfb。

当检测电压Vd小于第二参考电压Vref2时，反馈信号Sfb处于低状态。当检测电压Vd大于第二参考电压Vref2时，将反馈信号Sfb从低状态触发至高状态。

检测器DTEC可以进一步包括检测存储单元DSU，其可以存储反馈信号Sfb。

石墨烯晶体管GTr的栅极被配置为接收由电压产生器VGEN产生的测试电压Vt。石墨烯晶体管的源极接收地电压VSS。可以将石墨烯晶体管的漏极连接至检测器DTEC。从而，检测电压Vd可以是石墨烯晶体管GTr的漏极-源极电压。

石墨烯晶体管的漏极-源极电流是参考电流Ir，因而是恒定的，因此，可以由测试电压Vt（其是栅极-源极电压）来确定石墨烯晶体管GTr的检测电压Vd。

石墨烯晶体管GTr可以作为具有根据测试电压Vt来控制的电阻的电阻器而工作，且根据参考电流Ir和电阻来确定检测电压Vd。

如果测试电压Vt是狄拉克电压Vdr（见图3），则石墨烯晶体管GTr可以截止，因而石墨烯晶体管GTr将具有相对最低的传导率和最大的电阻。从而，检测电压Vd变为最大。例如，检测电压Vd的最大值可以是电源电压VDD。

可以将第二参考电压Vref2设置为使得检测到最大检测电压Vd。例如，当第二参考电压Vref2被设置为具有略低于最大漏电压的值时，石墨烯晶体管截止且检测电压Vd变为最大，从而将反馈信号Sfb从低状态触发至高状态。触发反馈信号Sfb的测试电压Vt可以被检测为狄拉克电压Vdr。

再次参照图6中所示的示例，当测试电压Vt是第五测试电压Vt5时，反馈信号Sfb从低状态LS转换到高状态HS。从而，可以将第五测试电压Vt5检测为狄拉克电压Vdr。

图8示出图1的半导体器件SCD的另一示例实施例。

参照图8，石墨烯晶体管GTr的栅极被配置为接收固定的栅极电压Vgf。石墨烯晶体管GTr的源极被配置为接收由电压产生器VGEN产生的测试电压Vt。可以将石墨烯晶体管GTr的漏极连接至检测器DTEC。

图8的检测器DTEC的结构与图7中所示的检测器DTEC的结构基本相同。因此，图7的检测器DTEC的描述可以适用于图8的检测器DTEC。

然而，图7中石墨烯晶体管GTr的栅极接收测试电压Vt，而其源极接收地电压VSS。即，图7中石墨烯晶体管GTr的栅极-源极电压是测试电压Vt，而图8中石墨烯晶体管GTr的栅极-源极电压是固定的栅极电压Vgf与测试电压Vt之间的差。而且，虽然图7中的检测电压Vd是石墨烯晶体管GTr的漏极-源极电压，但图8中的检测电压Vd是测试电压Vt与石墨烯晶体管GTr的漏极-源极电压之和。

虽然在图7和8二者的实施例中施加有测试电压Vt的端子以及检测电压Vd可以不同，但是在图7和8的半导体器件SCD二者中都是基于测试电压Vt来施加栅极-源极电压到石墨烯晶体管GTr，因而在两个示例实施例中都可以检测石墨烯晶体管GTr的狄拉克电压Vdr。

电压产生器VGEN可以包括存储单元SU、存储调节单元SREG、和电压调节单元VREG。图4到6的存储单元SU和存储调节单元SREG的描述也可以适用于图7和8中的SU和SREG。因此，为了简明，省略重复的描述。

图8的电压调节单元VREG可以包括第一可变电阻器110、第二可变电阻器120、放大器130p和130n、晶体管140p和140n、以及电容器150。除了放大器130p和130n以及晶体管140p和140n之外，图8的电压调节单元VREG的结构类似于图4和5的电压调节单元VREG的结构。晶体管140p可以是P型晶体管，而晶体管140n可以是N型晶体管。

将放大器130p的输出施加到晶体管140p的栅极。晶体管140p被配置为当晶体管140p的分压Vdv小于第三参考电压Vref3时导通，而当其分压Vdv大于第三参考电压Vref3时截止。

可以将放大器130n的输出施加到晶体管140n的栅极。晶体管140n被配置为当晶体管140n的分压Vdv大于第四参考电压Vref4时导通，而当其分压Vdv小于第四参考电压Vref4时截止。

如果分压Vdv小于第三参考电压Vref3且也小于第四参考电压Vref4，则在产生测试电压Vt的初始阶段，只有第一晶体管140p可以导通以产生正的测试电压Vt。

如果初始分压Vdv大于第三参考电压Vref3且也大于第四参考电压Vref4，则只有晶体管130n可以导通以产生负的测试电压Vt。

可以基于地电压VSS与偏置电压VBB之间的第一电阻Rd1和第二电阻Rd2的比率来确定初始阶段的分压Vdv。可以基于第一电阻Rd1和第二电阻Rd2的各种比率产生从负电压到正电压的各种电压作为测试电压Vt。

图9是示出依据另一示例实施例的半导体器件SCD的示意性透视图。

参照图9，半导体器件SCD可以包括第一区域RG1和第二区域RG2。第一区域RG1可以包括石墨烯，而第二区域RG2可以不包括石墨烯。石墨烯晶体管GTr（见图1）可以形成于第一区域RG1中。电压产生器VGEN（见图1）和检测器DTEC（见图1）可以形成于第二区域RG2中。第二区域RG2可以包括硅（Si）来代替石墨烯。晶体管，例如晶体管140（见图4），可以形成于第二区域RG2中，且可以是一般晶体管而不是石墨烯晶体管。第一区域RG1可以包括第一焊盘PD1，且第二区域RG2可以包括第二焊盘PD2。可以经由信号线SL连接第一区域RG1的第一焊盘PD1和第二区域RG2的第二焊盘PD2。图9中所示的每一区域包括单个焊盘，然而，图9是为了描述方便的示例，而且每一区域可以包括多个焊盘，并可以经由该多个焊盘向/从第一区域RG1和第二区域RG2发送/接收信号。

图10是示出依据另一示例实施例的半导体器件SCD的示意性透视图。

参照图10，半导体器件SCD可以包括第一层LA1和第二层LA2。第一层LA1可以包括石墨烯，而第二层LA2可以不包括石墨烯。石墨烯晶体管GTr（见图1）可以形成于第一层LA1中。电压产生器VGEN（见图1）和检测器DTEC（见图1）可以形成于第二层LA2中。第二层LA2可以包括硅（Si）代替石墨烯。晶体管，例如晶体管140（见图4），可以形成于第二层LA2中，且可以是一般晶体管而不是石墨烯晶体管。

第一层LA1可以包括第一焊盘PD1，且第二层LA2可以包括第二焊盘PD2。可以经由信号线SL连接第一层LA1的第一焊盘PD1和第二层LA2的第二焊盘PD2。图10中所示的每一层包括单个焊盘，然而，图10是为了描述方便的示例，而且每一层可以包括多个焊盘，并可以经由该多个焊盘向/从第一层LA1和第二层LA2发送/接收信号。

虽然使用焊盘PD1和PD2来经由第一层LA1和第二层LA2发送或接收信号，然而也可以通过触点（contact）来经由第一层LA1和第二层LA2发送或接收信号，如本领域所公知的。

如图9和10中所示，在其中形成石墨烯晶体管的第一区域RG1或第一层LA1、以及在其中形成不使用石墨烯的一般晶体管的第二区域RG2或第二层LA2可以是彼此物理分离的。

图11是示出依据另一示例实施例的半导体器件SCD的图。

参照图11，半导体器件SCD包括第一区域RG1和第二区域RG2（见图9）。替换地，半导体器件SCD可以包括如图10中所示彼此垂直堆叠的第一层LA1和第二层LA2。

多个石墨烯晶体管GTr1到GTrN可以形成于第一区域RG1中。电压产生器VGEN、检测器DTEC和信号转换器CONV可以形成于第二区域RG2中。

半导体器件SCD被配置为使用电压产生器VGEN和检测器DTEC来检测第一石墨烯晶体管GTr1的狄拉克电压Vdr。为了检测狄拉克电压Vdr，可以使用石墨烯晶体管GTr1，其可以是多个石墨烯晶体管GTr1到GTrN之一。可以将通过使用石墨烯晶体管GTr1而检测到的狄拉克电压Vdr假定为所述多个石墨烯晶体管GTr1到GTrN的公共狄拉克电压Vdr。

替换地，可以根据多个石墨烯晶体管GTr1到GTrN的每一个来检测狄拉克电压。替换地，可以将多个石墨烯晶体管GTr1到GTrN划分成邻近的石墨烯晶体管的组。可以根据每一组来检测一个石墨烯晶体管的狄拉克电压Vdr，且可以使用其作为对应的组的公共狄拉克电压。上面已经描述了检测狄拉克电压Vdr的方法，而为了简明，省略重复的描述。

截止石墨烯晶体管GTr的狄拉克电压Vdr和截止一般晶体管的截止电压可以不同。同样，驱动石墨烯晶体管GTr的工作电压和用于驱动一般晶体管的电源电压可以不同。所以，当在第一区域RG1和第二区域RG2之间发送或接收信号时，由于狄拉克电压Vdr和截止电压之间的不同以及工作电压和电源电压之间的不同，可能产生漏电流。

为了避免该问题，信号转换器CONV可以将一般晶体管的信号转换为石墨烯晶体管GTr的信号。信号转换器可以从第二区域RG2接收输入信号IN，并输出通过转换输入信号IN获得的输出信号OUT。可以将输出信号OUT提供至第一区域RG1。

图12示出依据示例实施例的图11的信号转换器CONV，而图13示出图12中所示的信号转换器CONV的输入信号IN和输出信号OUT之间的关系的示例。

参照图11到13，信号转换器CONV可以将一般晶体管的截止电压Voff（例如0V）转换为狄拉克电压Vdr，或将一般晶体管的电源电压VDD转换为石墨烯晶体管GTr的工作电压Vop。

信号转换器CONV可以包括多个晶体管TR1到TR4和反相器INV。晶体管TR1和TR2可以是P型晶体管，而晶体管TR3和TR4可以是N型晶体管。

晶体管TR1可以包括：源极，被配置为接收工作电压Vop；栅极，被配置为接收输入信号IN；以及漏极，可以与晶体管TR3的漏极和晶体管TR4的栅极连接。

晶体管TR2可以包括：源极，被配置为接收工作电压Vop；栅极，被配置为接收通过反相器INV已反相的输入信号IV；以及漏极，可以与晶体管TR4的漏极及晶体管TR3的栅极连接。

第三和第四晶体管TR3和TR4的源极可以接收狄拉克电压Vdr。可以从电压产生器VGEN提供狄拉克电压Vdr。

可以将信号转换器CONV的输出端与晶体管TR2的漏极、晶体管TR3的栅极、和晶体管TR4的漏极连接。

如果输入信号IN是一般晶体管的截止电压Voff，则晶体管TR1导通，且因为晶体管TR4的栅极接收到工作电压Vop，所以晶体管TR4导通。相应地，输出信号OUT是狄拉克电压Vdr。这里，晶体管TR2由于反相的输入信号IN而截止，且因为晶体管TR3的栅极接收到狄拉克电压Vdr，所以晶体管TR3截止。

当输入信号IN是电源电压VDD时，晶体管TR2和TR3导通，而晶体管TR1和TR4截止。相应地，信号转换器CONV的输出信号OUT是工作电压Vop。

如上所述，信号转换器CONV被配置为将一般晶体管的截止电压Voff转换为石墨烯晶体管GTr的狄拉克电压Vdr，并将一般晶体管的电源电压VDD转换为石墨烯晶体管GTr的工作电压Vop。信号转换器CONV可以输出输出信号OUT至第一区域RG1，并可以通过狄拉克电压Vdr和工作电压Vop驱动第一区域RG1的石墨烯晶体管GTr。

如上所述，根据一个或多个以上示例实施例，可以提供包括石墨烯晶体管的半导体器件以及高效地操作该包括石墨烯晶体管的半导体器件的方法。

根据一个或多个以上示例实施例，可以检测石墨烯晶体管的狄拉克电压。通过检测狄拉克电压，可以防止石墨烯晶体管的故障。

另外，通过使用检测的狄拉克电压来操作石墨烯晶体管，可以减少漏电流的产生。

已经参照附图和说明书描述了示例实施例。这里使用的术语只是出于示范实施例的目的，而不应该解释为限制如权利要求书中描述的实施例的含义或范围。因此，对于本领域技术人员不难理解，可以对其进行形式和细节上的各种变化而不脱离由所附权利要求限定的本发明的实施例的精神和范围。因而，实施例的范围不是由本发明的详细描述而是由所附权利要求来限定，且该范围内所有的差异将被解释为包含于实施例中。

Claims

1.一种半导体器件，包括：

电压产生器，被配置为产生测试电压；

石墨烯晶体管，被配置为基于测试电压接收栅极-源极电压；以及

检测器，被配置为检测栅极-源极电压是否是石墨烯晶体管的狄拉克电压，并输出施加于电压产生器的反馈信号，其指示栅极-源极电压是否是狄拉克电压。

2.如权利要求1所述的半导器件，其中检测器被配置为检测石墨烯晶体管是否截止，并且

如果检测到石墨烯晶体管截止，则检测器将栅极-源极电压检测为狄拉克电压。

3.如权利要求2所述的半导体器件，其中检测器被配置为基于石墨烯晶体管的漏极-源极电压和漏极-源极电流中的至少一个来检测石墨烯晶体管是否截止。

4.如权利要求3所述的半导体器件，其中如果反馈信号指示栅极-源极电压不是狄拉克电压，则电压产生器被配置为更改测试电压。

5.如权利要求4所述的半导体器件，其中电压产生器包括：

电压调节单元，被配置为基于存储在存储单元中的数据产生测试电压；以及

存储调节单元，被配置为基于反馈信号来调节存储在存储单元中的数据。

6.如权利要求5所述的半导体器件，其中

电压调节单元包括第一可变电阻器和第二可变电阻器，而且被配置为基于第一可变电阻器的第一电阻与第二可变电阻器的第二电阻的比率产生测试电压，并且

电压调节单元被配置为基于数据来确定第一电阻与第二电阻的比率。

7.如权利要求6所述的半导体器件，其中在检测时段期间，存储调节单元被配置为更改数据以使得测试电压周期性地增加。

8.如权利要求7所述的半导体器件，其中检测时段基于使能信号开始，而且当反馈信号指示栅极-源极电压是狄拉克电压时结束。

9.如权利要求8所述的半导体器件，其中使能信号基于半导体器件的制造时间、加电时间、和初始化时间中的至少一个指示检测时段的开始。

10.如权利要求1所述的半导体器件，其中石墨烯晶体管形成于包括石墨烯的第一区域内，而电压产生器和检测器形成于不包括石墨烯的第二区域内。

11.如权利要求10所述的半导体器件，进一步包括：

信号转换器，其形成于第二区域内，信号转换器被配置为从第二区域接收输入信号并且输出通过转换输入信号获得的输出信号，

其中向第一区域提供输出信号。

12.如权利要求11所述的半导体器件，其中输入信号包括截止电压和电源电压，并且

信号转换器被配置为将截止电压转换为狄拉克电压，而且将电源电压转换为石墨烯晶体管的工作电压。

13.一种半导体器件，包括：

电压产生器，被配置为产生第一测试电压；

石墨烯晶体管，被配置为基于第一测试电压接收第一栅极-源极电压；以及

检测器，被配置为检测第一栅极-源极电压是否是石墨烯晶体管的狄拉克电压，并向电压产生器输出第一反馈信号，如果石墨烯晶体管截止，则第一反馈信号指示第一栅极-源极电压是狄拉克电压。

14.如权利要求13所述的半导体器件，其中当第一反馈信号指示第一栅极-源极电压不是狄拉克电压时，电压产生器被配置为产生第二测试电压，并且

石墨烯晶体管被配置为基于第二测试电压接收第二栅极-源极电压，并且

检测器被配置为检测第二栅极-源极电压是否是石墨烯晶体管的狄拉克电压，并向电压产生器输出第二反馈信号，如果石墨烯晶体管截止，则第二反馈信号指示第二栅极-源极电压是狄拉克电压。

15.一种操作包括石墨烯晶体管的半导体器件的方法，该方法包括：

产生测试电压；

基于测试电压向石墨烯晶体管施加栅极-源极电压；

检测栅极-源极电压是否是石墨烯晶体管的狄拉克电压；

产生反馈信号，其指示栅极-源极电压是否是狄拉克电压；以及

基于反馈信号，确定是否更改测试电压。

16.如权利要求15所述的方法，其中检测栅极-源极电压是否是石墨烯晶体管的狄拉克电压的步骤包括：

通过向石墨烯晶体管施加栅极-源极电压，检测石墨烯晶体管是否截止；以及

如果检测到石墨烯晶体管截止，则将栅极-源极电压检测为狄拉克电压。

17.如权利要求16所述的方法，其中基于存储在存储单元中的数据来产生测试电压。

18.如权利要求17所述的方法，其中基于反馈信号确定是否更改测试电压的步骤包括：

当反馈信号指示栅极-源极电压不是狄拉克电压时，更改存储在存储单元中的数据；以及

基于已更改的数据来更改测试电压。

19.如权利要求15所述的方法，进一步包括：

转换从第二区域接收的输入信号；以及

向第一区域提供通过转换输入信号获得的输出信号，

其中第一区域是形成石墨烯晶体管的地方。

20.如权利要求19所述的方法，其中输入信号包括截止电压和电源电压，并且

转换输入信号的步骤包括：

将截止电压转换为狄拉克电压；以及

将电源电压转换为石墨烯晶体管的工作电压。

21.一种半导体器件，包括：

石墨烯晶体管，具有基于测试电压的栅极-源极电压；

电压产生器，被配置为产生响应于反馈信号而变化的测试电压；以及

检测器，被配置为

检测栅极-源极电压是否是参考电压；以及

向电压产生器输出反馈信号，其指示栅极-源极电压是否是参考电压。

22.如权利要求21所述的半导体器件，其中参考电压是石墨烯晶体管的传导率最小时的电压电平。

23.如权利要求21所述的半导体器件，其中电压产生器进一步被配置为，如果反馈信号指示栅极-源极电压不是参考电压，则变更产生的测试电压。

24.如权利要求21所述的半导体器件，其中栅极-源极电压是测试电压和固定栅极电压与测试电压之间的差中的一个。

25.如权利要求21所述的半导体器件，其中电压产生器包括电压调节单元，其被配置为基于反馈信号产生测试电压。

26.如权利要求25所述的半导体器件，其中电压调节单元包括：

运算放大器，被配置为将数据电压与第一参考电压对比；以及

多个电阻器，被配置为根据反馈信号产生可变电阻，以使得提供给运算放大器的数据电压变化。