CN103296071B - 石墨烯器件 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种石墨烯器件，包括多条石墨烯通道及栅，其中，所有石墨烯通道的一端连接在同一个端点，所有石墨烯通道与栅接触电连接，石墨烯通道与栅的夹角互不相同。由于不同的石墨烯通道的入射波角度不同，使每条石墨烯通道具有不同的隧穿几率，使每条石墨烯通道具有不同的导通条件，可以作为多路选择器或多路分配器等器件。

Description

石墨烯器件
技术领域
本发明涉及集成电路设计领域，更具体地说，涉及一种石墨烯器件。
背景技术
目前，集成电路的设计多是基于硅半导体的CMOS器件，而随着科技的发展，对集成电路的性能如速度等提出了更高的要求，开发新的具有更高载流子迁移率的材料体系和新的技术手段来进一步延展摩尔定律和超越硅CMOS(BeyondSi-CMOS)，推进集成电路技术的发展。
石墨烯材料以其优异的物理性质得到了广泛的关注，比如其高的载流子迁移率、高导电性能以及高导热性能等，是被人们很看好的一种碳基材料。虽然石墨烯材料展现出了很多优异的物理特性，但如何设计出基于石墨烯的器件/电路，如多路选择器及多路分配器的设计，仍是研究中的重点。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种石墨烯器件，实现基于石墨烯的多路选择/多路分配器件的设计。
为实现上述目的，本发明实施例提供了如下技术方案：
一种石墨烯器件，包括：多条石墨烯通道及栅，其中，所有石墨烯通道的一端连接在同一个端点，所有石墨烯通道与栅接触电连接，石墨烯通道与栅的夹角互不相同。
可选地，石墨烯通道从所述端点以发射状分布。
可选地，所述栅为一条。
可选地，所述栅为多条，分别与不同的石墨烯通道接触电连接。
可选地，所述石墨烯通道为单层石墨烯薄膜。
可选地，所述端点为输入端，石墨烯通道的另一端分别接不同的输出端。
可选地，所述端点为输出端，石墨烯通道的另一端分别接不同的输入端。
与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：
本发明实施例的石墨烯器件，石墨烯通道与栅接触电连接，石墨烯通道与栅的夹角互不相同，这样，由于不同的石墨烯通道的入射波角度不同，使每条石墨烯通道具有不同的隧穿几率，使每条石墨烯通道具有不同的导通条件，可以作为多路选择器或多路分配器等器件。
附图说明
通过附图所示，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。
图1为根据本发明实施例的石墨烯器件的结构示意图；
图2为根据本发明又一实施例的石墨烯器件的结构示意图；
图3为石墨烯材料的入射波角度θ示意图；
图4为在不同的势垒高度下随入射波角度θ变化的隧穿率曲线图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
本发明提出了一种石墨烯器件，参考图1、图2所示，包括：多条石墨烯通道100-1-100-4及栅300，其中，所有石墨烯通道100-1-100-4的一端连接在同一个端点200，所有石墨烯通道100-1-100-4与栅300接触电连接，石墨烯通道100-1-100-4与栅300的夹角θ0-θ3互不相同。
根据研究表明，对于石墨烯材料，电子穿过势垒时，其隧穿率同入射波与势垒的夹角有关，只有在势垒高度及入射波角度为某一特定值的时候，隧穿率为1，也就是说，为100％隧穿。
如图3所示，入射波角度θ为入射波同势垒的夹角，如图4所示，为在不同的势垒高度下，随入射波角度θ变化的隧穿率曲线图(参考自：M.I.Katsnelson，et.al.，NaturePhysics2，pp.620-625，2006)，曲线A为势垒高度为200mv，曲线B为势垒高度为285mv，可以看出，不同势垒高度下，只有特定的角度的隧穿率为1，如势垒高度为200mv的0°、+/-40°左右时，势垒高度为285mv的0°、+/-70°左右时，也就是说，在同一势垒高度下，特定的入射波角度θ能达到完全隧穿。
本发明中的石墨烯器件，多条石墨烯通道的一端连接在同一个端点上，在该端点具有电势时，相当于多条石墨烯通道加载了同一个势垒，而石墨烯通道与栅接触电连接，石墨烯通道与栅的夹角互不相同，相当于不同的石墨烯通道的入射波角度不同，这样，使得每条石墨烯通道具有不同的隧穿率，即每条石墨烯通道具有不同的导通条件，在连接的同一个端点上具有某个电势时，由于隧穿率不同，有的通道导通，而有的通道并不导通，根据设计时角度的不同，导通的通道可以是一个或多个，因此，本发明的石墨烯器件可以用作多通道的选择器件，例如多路选择器或多路分配器等器件，其设计简单，而且由于采用石墨烯材料设计，其性能具有速度快和功耗低的特点。
在本发明中，石墨烯通道与栅接触电连接，也就是说为直接电连接。在本发明的实施例中，可以根据具体的电路的需求，来设计石墨烯通道与栅的夹角、石墨烯通道及栅的排布，在一些实施例中，如图1所示，石墨烯通道从所述端点以发射状分布，一条栅穿过所有的石墨烯通道，使其入射波角度分别为θ0、θ1、θ2、θ3，在该不同的角度下对应不同的角度才会完全隧穿。在其他实施例中，所述栅还可以为多条(图未示出)，分别与不同的石墨烯通道接触电连接，例如，有两条栅，四条石墨烯通道，一条栅与其中两条石墨烯通道电连接，另一条栅与另外的两条石墨烯通道电连接，以适应不同电路设计的需求。此处仅为示例，凡是在本发明思想涵盖的范围，都在本发明保护的范围内。
如图1所示，为根据本发明实施例的多路分配器，多路分配器又叫做数据分配器，能够将1个输入数据，根据需要传送到m个输出端的任何一个输出端的电路。在该实施例中，所述的石墨烯器件的端点200连接同一个输入端In，石墨烯通道的另一端分别连接不同的输出端Out0、Out1、Out2、Out3，栅300可以连接电源VDD，这样，当输入端In的输入信号(电压)为不同值时，只有相应的角度的石墨烯通道导通，实现一个输出端的数据传送，从而实现多路分配器的功能。在该多路分配器的设计中，可以根据不同输入端的信号与该输入端对应的石墨烯通道与栅的夹角的对应关系进行设计，当输入端In的信号变化时，使输入端In的信号同入射波角度匹配的某一路石墨烯通道导通，从而实现多路选择器的功能。
如图2所示，为根据本发明实施例的多路选择器，多路选择器又叫做数据选择器，在多路数据传送过程中，能够根据需要将其中任意一路选出来的电路。在该实施例中，所述的石墨烯器件的端点200连接同一个输出端Out，石墨烯通道的另一端分别连接不同的输入端In0、In1、In2、In3，栅300可以连接电源VDD，这样，每个石墨烯通道对应一个输入端和一个角度，当所有的输入端一起接入输入信号(电压)时，只有输入端电压与角度匹配的石墨烯通道才会导通，实现某一路数据的输出，从而实现多路选择器的功能。在该多路选择器的设计中，可以根据输入端的信号的需求，来设计与该输入端对应的石墨烯通道与栅的夹角，以在所需的情形下，使输入端的信号同入射波角度匹配时使所需石墨烯通道导通，从而实现多路选择器的功能。
以上实施例为本发明石墨烯器件的应用，但本发明并不限于此，还可以应用于其他数据选择的电路中。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。
虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (7)

1.一种石墨烯器件，其特征在于，包括：
多条石墨烯通道及栅，其中，所有石墨烯通道的一端连接在同一个端点，所有石墨烯通道与栅接触电连接，石墨烯通道与栅的夹角互不相同。
2.根据权利要求1所述的石墨烯器件，其特征在于，石墨烯通道从所述端点以发射状分布。
3.根据权利要求1所述的石墨烯器件，其特征在于，所述栅为一条。
4.根据权利要求1所述的石墨烯器件，其特征在于，所述栅为多条，分别与不同的石墨烯通道接触电连接。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的石墨烯器件，其特征在于，所述石墨烯通道为单层石墨烯薄膜。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的石墨烯器件，其特征在于，所述端点为输入端，石墨烯通道的另一端分别接不同的输出端。
7.根据权利要求1-4中任一项所述的石墨烯器件，其特征在于，所述端点为输出端，石墨烯通道的另一端分别接不同的输入端。
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