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莫納什大學(xué)Semonti Bhattacharyya和Michael S. Fuhrer等--機(jī)械轉(zhuǎn)移大面積Ga2O3鈍化石墨烯和抑制界面聲子散射
       本研究通過在液態(tài)Ga金屬上合成的超薄非晶Ga2O3的機(jī)械轉(zhuǎn)移,展示了石墨烯的大面積鈍化層。對(duì)SiO2/Si上的毫米級(jí)鈍化石墨烯和裸石墨烯的溫度相關(guān)電測(cè)量的比較表明,鈍化石墨烯保持了應(yīng)用所需的高場(chǎng)效應(yīng)遷移率。令人驚訝的是,由于高介電常數(shù)Ga2O3屏蔽SiO2的表面光學(xué)聲子模式和相對(duì)高的Ga2O3特征聲子頻率的相互作用,在低于220K的溫度范圍內(nèi),鈍化石墨烯的溫度依賴性電阻率降低。拉曼光譜和電學(xué)測(cè)量表明,Ga2O3鈍化還保護(hù)石墨烯免受進(jìn)一步處理,如等離子體增強(qiáng)的Al2O3原子層沉積。
 
圖1.在Gr上轉(zhuǎn)移的Ga2O3薄膜的表征(SiO2上CVD生長(zhǎng)的單層石墨烯/單層h-BN膜)。(a)鎵金屬被定位為使用蓋玻片在PPC/Gel-Pak聚合物疊層上滾動(dòng),(b)Ga2O3在與一些鎵金屬殘留物滾動(dòng)后,可以用剃刀切掉,(c)將Ga2O3膜轉(zhuǎn)移到Gr/SiO2/Si器件上,以及(d)去除聚合物殘留物后的器件的示意圖。(e) 切割成尺寸后PPC上Ga2O3的光學(xué)暗場(chǎng)顯微照片。銀色的點(diǎn)是液態(tài)鎵液滴。中心的Ga2O3片與液態(tài)鎵接壤。比例尺為200μm。(f) 在Gr器件上轉(zhuǎn)移的Ga2O3(器件上的深藍(lán)色片)的Brightfield光學(xué)顯微照片。比例尺為50μm。(g) 通過間歇接觸原子力顯微鏡(AFM)獲得的Gr片上Ga2O3的地形圖像。圖像左側(cè)顯示裸露的Gr,圖像右側(cè)顯示Ga2O3覆蓋的Gr。如重疊線輪廓所示,平均高度差為7.3nm,比例尺為2μm。
 
圖2.Ga2O3覆蓋和裸Gr場(chǎng)效應(yīng)器件的柵極電壓和溫度相關(guān)電輸運(yùn)測(cè)量。(a) Ga2O3轉(zhuǎn)移后Gr器件的示意圖和(b)光學(xué)顯微鏡圖像。比例尺為200μm。(c) 縱向電導(dǎo)率σ和(d)場(chǎng)效應(yīng)遷移率μFE作為柵極電壓Vg的函數(shù),在100 K下,裸Gr和Ga2O3覆蓋的Gr在最小電導(dǎo)率Vg,min下的柵極電壓偏移。
  
圖3.遠(yuǎn)程光學(xué)聲子(ROP)散射。(a) ROP對(duì)電阻率(ρROP)的貢獻(xiàn)從裸(填充)和Ga2O3覆蓋(空心)石墨烯中電阻率(ρ)的溫度依賴性(T-)中提取。使用等式1的擬合用虛線表示裸露的Ga2O3覆蓋的Gr。對(duì)于每個(gè)柵極電壓,從26到66 V,通過4 V步長(zhǎng),ρROP偏移40Ω。(b) 裸和Ga2O3覆蓋Gr.中SO聲子的計(jì)算頻率和耦合強(qiáng)度虛線表示相應(yīng)的體模聲子頻率。(c) 不同介電系統(tǒng)中石墨烯電阻率(ρROP)的模型ROP散射貢獻(xiàn)。
 
圖4.Ga2O3作為石墨烯上的保護(hù)層,防止Al2O3的等離子體增強(qiáng)原子層沉積(ALD)。拉曼光譜顯示(a)裸石墨烯和(b)Ga2O3覆蓋石墨烯的D、G和2D峰。(c,e)裸Gr和(d,f)Ga2O3覆蓋Gr的電導(dǎo)率(σ)和場(chǎng)效應(yīng)遷移率(μFE)的柵極依賴性。顯示了ALD工藝之前(淺色)和之后(深色)相同樣品的數(shù)據(jù)。拉曼和傳輸數(shù)據(jù)取自室溫下的不同樣品。
  
      相關(guān)研究成果由莫納什大學(xué)Semonti Bhattacharyya和Michael S. Fuhrer等人2022年發(fā)表在Nano Letters (https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.2c03492)上。原文:Passivating Graphene and Suppressing Interfacial Phonon Scattering with Mechanically Transferred Large-Area Ga2O3。

轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
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