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开创性新方法!用于高性能石墨烯电子产品!

深圳市赛姆烯金科技有限公司 来源:深圳市赛姆烯金科技有限 2023-08-16 15:52 次阅读

石墨烯是一种非常薄且柔韧,具有相当强度的导电材料。然而,利用石墨烯作为组件的潜力面临着许多挑战。例如,制造基于电极的晶体管需要沉积极薄的介电薄膜。遗憾的是,这一过程导致了石墨烯电性能的下降,并在实施过程中造成缺陷。

浦项工科大学机械工程系的 Jihwan An 教授、新加坡南洋理工大学机械工程系的 Jeong Woo Shin 博士和首尔理工大学的 Geonwoo Park 博士组成的研究团队采用了一种称为紫外辅助原子层沉积(UV-ALD) 的新方法来处理石墨烯电极。这项开创性的威廉希尔官方网站 成功生产了高性能石墨烯-电介质界面。该研究内容以“High-Performance Graphene-Dielectric Interface by UV-Assisted Atomic Layer Deposition for Graphene Field Effect Transistor”为题发表在《Advanced Electronic Materials》杂志上。

该研究首次应用紫外光辅助原子层沉积(UV-ALD)威廉希尔官方网站 于石墨烯表面,并展示了利用UV-ALD沉积Al2O3薄膜在石墨烯场效应晶体管(GFETs)中的应用。在ALD过程中进行5秒最佳紫外照射,导致在石墨烯表面上沉积出更加致密平滑的Al2O3薄膜,形成亲密的石墨烯-介质界面,而过量的紫外照射则会阻止薄膜的成核。因此,通过UV-ALD沉积高质量介质层的GFETs显示出改善的性能,具有接近0 V的狄拉克电压和1221 cm2V−1s−1的空穴迁移率,与热ALD相比提高了超过200%。该研究证明,UV-ALD是实现二维材料与超薄介质膜之间高质量界面的一种有效简单选择,也证明了在低温(100℃以下)沉积高密度、高纯度原子层介电薄膜的可能性。

图文导读

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图1. 本研究中使用的UV-ALD的示意图a)装置和b)过程(1个周期)。

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图2. 对Si基底上的UV-ALD Al2O3膜的表征:a)基于X射线反射(XRR)的密度和粗糙度总结,b)通过UV-ALD沉积的Al2O3薄膜的XPS光谱(UV0/5/20),c-e)c)UV0,d)UV5和e)UV20的O1s峰的高分辨率XPS光谱,以及f)基于O1s峰解卷积的Al2O3和(Al2O3+ AlOOH)峰之间面积强度比的总结。

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图3. UV-ALD Al2O3薄膜在石墨烯上的原子力显微镜(AFM)图像:a)UV0,b)UV5,c)UV20,d)UV50,以及e)线性剖面的比较。f)来自AFM分析的晶粒尺寸和面积覆盖率总结。g)UV-ALD Al2O3薄膜在石墨烯上的XPS光谱,以及h)GI-XRD光谱。

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图4. a)紫外光辅助原子层沉积(UV-ALD)Al2O3薄膜的拉曼光谱,以及b)带有UV-ALD(UV0/5/20/50)Al2O3层的石墨烯的G峰峰值位置和半峰宽。c)UV0,d)UV5,e)UV20和f)UV50的高分辨率光谱。

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图5. a)Al2O3/ Au / 石墨烯GFETs结构的器件示意图。b)带有UV0/5/20/50 ALD Al2O3介电层的GFETs的传输特性。c、d)根据UV照射时间总结的GFETs的达克电压(VDirac)和空穴迁移率(µh)(灰色线表示ALD之前裸露石墨烯的性质)。

结论

研究人员首次成功地将紫外光辅助原子层沉积(UV-ALD)威廉希尔官方网站 应用于石墨烯基底,并展示了通过UV-ALD沉积的Al2O3介电薄膜提升的GFETs性能。在ALD过程中,最佳的UV照射,即每个循环5秒(UV5),通过重建亲密的石墨烯-介质界面上的成核位点,诱导了均匀薄膜的生长;它还在低温(<100°C)下为配体交换提供了不足的热能,导致了高质量的Al2O3薄膜沉积,即更加致密、平滑和纯净。相反,过量的UV照射(UV20/50)可能会导致非均匀薄膜沉积,可能是由于在ALD半周期中是反应位点的石墨烯上的-OH或TMA的脱键。因此,具有优质UV-ALD介电层的GFETs在最佳UV照射下表现出改进的性能,VDriac接近0V,µh为1221 cm2 V−1 s−1,与具有热ALD介电层的GFET相比,提高了约3倍。该研究展示的成功将低温UV-ALD应用于具有高质量介电-石墨烯界面的GFETs,可能在实现高性能的石墨烯或其他二维材料(例如MoS2、h-BN)基柔性电子器件方面具有重要意义。

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原文标题:开创性新方法!用于高性能石墨烯电子产品!

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