ACS Nano:通過化學氣相沉積生長的高遷移率,溼轉移石墨烯

2020-12-04 材料分析與應用

本文要點:

通過化學氣相沉積生長的高遷移率,溼轉移石墨烯

成果簡介

本文在SiO 2和六方氮化硼(hBN)封裝上的溼轉移之後通過化學氣相沉積(CVD)生長的單層石墨烯的高室溫遷移率。通過去除捕獲在單晶石墨烯和hBN之間的界面處的汙染物,我們在室溫下實現高達70000cm 2 V -1 s -1的遷移率,並且在9K時實現120 000 cm 2V -1 s -1的遷移率。這些是之前溼轉移石墨烯的兩倍多,並且與通過幹轉移製備的樣品一樣。我們還研究了熱退火和封裝在多晶石墨烯中的組合方法,實現了30 000 cm的室溫遷移率2 V -1 s -1。這些結果表明,通過適當的封裝和清潔,在CVD生長的樣品中可以獲得遠高於10 000 cm 2 V -1 s -1的室溫遷移率,並使用傳統的,易於擴展的基於PMMA的溼法轉移。

圖形概況

圖文導讀

圖1.(a)通過CVD在Cu上生長的六邊形SC-SLG的光學顯微鏡圖像。通過在250℃的空氣中在加熱板上加熱樣品1分鐘來增強成像SC的對比度,以促進Cu的氧化。(b)SC-SLG的光學圖像溼法轉移到具有圖案化光刻標記的SiO 2 / Si上。比例尺:100μm。

圖2.將SLG封裝在hBN中的轉移過程的示意圖。

圖3.(a)明場,(b)暗場,和(c)封裝在hBN中的SC-SLG得AFM圖像。比例尺:10μm。

圖4. 拉曼光譜

圖5.(a)電阻率與柵極電壓在9和290 K之間的函數關係。

(b)導電率作為柵極電壓的函數,其溫度顏色代碼與(a)相匹配。

(c)場效應遷移率μFE作為空穴和電子的T的函數。

(d)密度依賴性霍爾遷移率μ 從德魯德模型μ=σ/ NE在9和290 K.

(E)低溫(9 K)電導率儘可能接近對數電荷中性點載流子密度的函數軸和相應的無序引起的電荷不均勻性提取n *。

(f)μFE用於在五個封裝的SC-SLG異質結構上製造的22個霍爾棒。每個陰影區域對應於五個不同樣本中的一個,而黑色(灰色)點指的是每個通道中的電子(空穴)遷移率。

圖6. 對於封裝在hBN中並成形為霍爾棒幾何形狀的聚SLG樣品,在T = 290K下測量的電阻率ρ 作為V BG的函數

圖9.(a)在600℃下在Ar / H 2中退火之後在hBN(藍色曲線)上和在(紅色曲線)之後在poly-SLG上測量的拉曼光譜獲得的FWHM(2D)的統計分布。通過將poly-SLG層部分地映射在SiO 2上並部分地封裝在hBN中來獲得空間分辨的拉曼光譜。插圖顯示了映射的樣本。比例尺:10μm。

(b)退火後hBN上的poly-SLG的AFM圖像。

(c)作為V BG的函數的退火和封裝的poly-SLG的四端電阻。插圖是設備的光學圖像。比例尺:5μm。在(S)源極和漏極(D)電極之間施加偏壓,並且在V +和V -之間感測沿著樣品的電壓降。

(d)μFE作為n的函數,通過假設Drude模型的電導率提取。

3小結

本文使用溼轉移將CVD生長的單晶SLG置於Si + SiO 2上並隨後封裝在hBN中的高遷移率。通過在~180°C下清潔SLG和hBN之間的界面,我們在室溫下實現了高達~70000 cm 2V -1 s -1的遷移率,在9K時達到> 120 000 cm 2V -1 s -1,相當於價值通過幹轉移。樣品顯示在9K下超過~600nm的輸送。這證實了即使在常規的基於聚合物的溼轉移技術之後,hBN中的包封和界面清潔也實現了高遷移率。我們還研究了退火和封裝在多晶SLG中的綜合效應,實現了高達~30 000 cm 2 V -1 s -1的 RT遷移率。研究結果表明,容易和可擴展的過程,例如溼轉移,到目前為止認為是誘導SLG不可逆降解,可用於高性能器件,其中高遷移率採用合適的清潔方法,則必不可少。

參考文獻:

High-Mobility, Wet-Transferred Graphene Grown by Chemical Vapor Deposition

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