Visualisering af ændringer i nanoskala i grafens elektroniske egenskaber

NPLs Quantum Detection Group har for nylig offentliggjort en undersøgelse i Videnskabelige rapporter der kaster et nyt lys over de elektroniske egenskaber af kvasi-fritstående grafen (QFSG), et materiale, der kan finde anvendelse i højhastighedselektronik, sensing og elektroniske applikationer.

Studiet, som blev udført i samarbejde med University of Surrey, Storbritannien, og Institut for Elektronisk Materialeteknologi, Polen, viser for første gang ændringer i nanoskala af grafens elektroniske og strukturelle egenskaber ved brintinterkalation, som afkobler materialet fra det siliciumcarbidbærende substrat.

Forskerne viste, at indsættelsen af ​​brintmolekyler mellem epitaksial grafen og SiC fremmer en dramatisk ændring i materialets elektroniske egenskaber, fører til ændringen af ​​transportørtypen og betydelig stigning i transportørens mobilitet.

Ved at bruge Kelvin probe kraftmikroskopi, forskerne var i stand til at generere et komplet kort over overfladepotentialfordelingen af ​​grafenlag både for SiC -understøttet epitaksial grafen og QFSG på SiC. Ved at observere en ændring i overfladepotentialfordelingen mellem de to systemer, direkte korreleret med information fra Raman-spektroskopi, forskerne kunne opdage ændringer i grafenlagenes elektroniske egenskaber.

"Mens elektroner er hovedbærere i uberørt epitaksial grafen, i QFSG er hovedbærerne huller, "Olga Kazakova, ledende forsker, forklaret.

Ved at udføre Hall effekt-baserede målinger, gruppen observerede også en tredobling af ledningsevnen af ​​QSFG, en grundlæggende funktion for fremtidige anvendelser inden for elektronik.

Kazakova sagde, at den observerede stigning i transportørmobilitet nærmer sig verdensrekorden for denne type materialer ved stuetemperatur.

Epitaksial grafen på SiC, som opnås via kemisk dampaflejringsmetode (CVD), har tre hovedfordele, da det nemt kan skaleres op til 4 tommer i størrelse, har en meget god strukturel kvalitet og kræver ikke overførsel til andre underlag, dermed væsentligt forenklet den teknologiske proces.

Imidlertid, grænsefladelaget mellem grafen og SiC reducerer materialets ledningsevne. begrænsende anvendelser af uberørt epitaksial grafen i højhastighedselektronik.

Når dannelsen af ​​QFSG gennem brintinterkalation har fundet sted, materialet ændrer sine elektroniske egenskaber og viser en høj elektrisk mobilitet.

"I vores arbejde vi viste for første gang, hvordan denne proces foregår på nanoskala, " sagde Kazakova.