Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Рис. 1. SEM изображение полученного транзистора и его характеристики
Рис. 2. Зависимости проводимостей от толщины
Рис. 3. Резистивные схемы для транзисторов с затвором снизу и сверху
Рис. 4. Результаты моделирования

Сколько слоев графена нужно для полевого транзистора?

Ключевые слова:  графен, полевой транзистор

Опубликовал(а):  Уточникова Валентина Владимировна

20 августа 2009

Графен подвергается тщательному исследованию с 2004 года, когда впервые был механически отделен "монослой графита". Его уникальные электронные свойства подвергаются широкому исследованию, в том числе графен изучается и как материал полевых транзисторов. Однако обычно стараются изучать "монослои" графена (ОСГ), тогда как структуры, содержащие несколько слоев, зачастую могут быть более перспективными. Среди недостатков монослоя графена – шумная вольтамперная характеристика при комнатной температуре даже в случае использования атомно-гладкого слоя. Двум ученым из университета Индианы удалось показать, что этого можно избежать при использовании многослойного графена (МСГ). Кроме того, они впервые провели детальное изучение зависимости тока в состоянии on/off от числа слоев.

Для экспериментальных исследований на подложку SiO2/n+Si были нанесены хлопья высокоориентированного графита. Контакты сток-исток были изготовлены методом электронно-лучевой литографии из Ti/Pd/Au (10 нм/30 нм/20 нм). Слой оксида был выбран tox=90 нм. SEM изображение наноразмерного устройства показано на Рис. 1. На том же рисунке представлены характеристики широких полевых транзисторов на основе одно-, двух- и четырехслойного графена. Все кривые являются гладкими и симметричны относительно Vbg=0. Состояние "on" ("включено") характеризуется максимальной проводимостью при V=-40 В. Видно, что наибольшее соотношение Ion/Ioff и наиболее резкий переход наблюдается для ОСГ, однако при переходе от широкого к наноразмерному транзистору его характеристики становятся очень шумными и плохо воспроизводятся.

Чтобы проследить влияние числа слоев на поведение транзистора, было изготовлено ~40 транзисторов с толщиной графенового слоя от 0.35 нм (1 монослой) до 3.7 нм. Зависимость проводимостей в состоянии on и off от числа слоев представлена на Рис. 2. Для построения теоретической модели использовали резистивную схему (Рис. 3), где Gn – проводимости внутри слоев, Rint– сопротивление между слоями, связанное с возможностью туннелирования носителей заряда между слоями. Измерение характеристик высокоориентированного графита и полевых транзисторов позволило определить начальные параметры как Rint~105 Ом, Roff~5300 Ом, т.е. Rint/Roff~0.02…0.2. Были сделаны следующие предположения:

  1. стоки и исток связаны только с верхним слоем графена
  2. экранирование в off состоянии отсутствует
  3. максимальное соотношение Ion/Ioff=12 при одном слое (Рис. 2).

Результаты построения моделей показаны на Рис. 4, a–d. Упрощенная схема (Рис. 4, a): экранирования нет, Ron постоянно для всех слоев, Rint=0. При этом оба тока непрерывно возрастают, что не соответствует эксперименту. Менее упрощенная схема (Рис. 4, b): экранирования нет, Rint=0.05Roff. Токи выходят на насыщение, но максимум достигается при 10 слоях, что тоже не соответствует насыщению. Таким образом, необходимо учитывать экранирование. Это было сделано на Рис. 4, c. Экранирование учтено в виде кулоновского потенциала: j(z)~Q/z(-z/l), где Q – заряд при экранировании и z – расстояние между слоями графена в направлении c. В результате оптимизации этой модели были подобраны следующие параметры: длина экранирования l=0.6 нм, Rint=0.05Roff, что находится в пределах предположения 2. При этом соотношение Ion/Ioff быстро падает и выходит на насыщение при 10 слоях.

В случае ОСГ ни экранирования, ни межслоевого связывания нет, поэтому его потенциал сильно зависит от потенциала запирающего оксида. Это с одной стороны приводит к большим соотношениям Ion/Ioff, но с другой – любой дополнительный заряд на оксиде приводит к существенному изменению потенциала на ОСГ канале, в результате делая его характеристики шумными. Наконец, предложенный подход был опробован и для транзистора с верхним затвором, как делается, например, при эпитаксиальном росте графена на SiC (Рис. 3, b). При этом длина экранирования полагалась такой же, а межслоевое связывание более слабым из-за большего числа дефектов. В результате построения модели (Рис. 4, d) также оказывается, что устройство с несколькими слоями предпочтительнее.


Источник: Nano Letters



Комментарии
Шабанов Михаил Валерьевич, 22 августа 2009 20:13 
Придётся, по-видимому, усовершенствовать процесс. Всё дело в том, что на таких уровнях, уже будет вступать в силу туннельный эффект. И для уменьшения его, требуется создать слой с более диэлектрическими свойствами, чем графен. Возможно новый материал, с частицами связанного им кислорода и по-возможности - отсутствием свободных электронов. Чистый изолятор
Mayorov Alexander Sergeevich, 28 августа 2009 17:26 
j(z)~Q/z(-z/l)

Какая-нибудь exp пропущена. "Зашумление" это UCF?
Великолепно! Просто замечательно!
Правда странно, что подобная работа появилась только сейчас. Хотя...

Валентина Владимировна, могу ли я попросить прислать оригинал?
P.S.Алексею Степановичу наилучшие пожелания.

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Вольфрамовый зонд
Вольфрамовый зонд

Наносистемы: физика, химия, математика (2024, Т. 15, № 2)
Опубликован новый номер журнала "Наносистемы: физика, химия, математика". Ознакомиться с его содержанием, а также скачать необходимые Вам статьи можно по адресу: http://nanojournal.ifmo.ru/articles/volume15/15-2
Там же можно скачать номер журнала целиком.

Наносистемы: физика, химия, математика (2024, Т. 15, № 1)
Опубликован новый номер журнала "Наносистемы: физика, химия, математика". Ознакомиться с его содержанием, а также скачать необходимые Вам статьи можно по адресу: http://nanojournal.ifmo.ru/articles/volume15/15-1
Там же можно скачать номер журнала целиком.

Наносистемы: физика, химия, математика (2023, Т. 14, № 5)
Опубликован новый номер журнала "Наносистемы: физика, химия, математика". Ознакомиться с его содержанием, а также скачать необходимые Вам статьи можно по адресу: http://nanojournal.ifmo.ru/articles/volume14/14-5
Там же можно скачать номер журнала целиком.

Материалы к защитам магистерских квалификационных работ на ФНМ МГУ в 2024 году
коллектив авторов
29 – 31 мая пройдут защиты магистерских квалификационных работ выпускниками Факультета наук о материалах МГУ имени М.В.Ломоносова.

Материалы к защитам магистерских квалификационных работ на ФНМ МГУ в 2023 году
коллектив авторов
30 мая - 01 июня пройдут защиты магистерских квалификационных работ выпускниками Факультета наук о материалах МГУ имени М.В.Ломоносова.

Эра технопредпринимательства

В эпоху коронавируса и борьбы с ним в существенной степени меняется парадигма выполнения творческих работ и ведения бизнеса, в той или иной мере касаясь привлечения новых типов дистанционного взаимодействия, использования виртуальной реальности и элементов искусственного интеллекта, продвинутого сетевого маркетинга, использования современных информационных технологий и инновационных подходов. В этих условиях важным является, насколько само общество готово к использованию этих новых технологий и как оно их воспринимает. Данной проблеме и посвящен этот небольшой опрос, мы будет рады, если Вы уделите ему пару минут и ответите на наши вопросы.

Технопредпринимательство в эпоху COVID-19

Небольшой опрос о том, как изменились подходы современного предпринимательства в контексте новых и возникающих форм ведения бизнеса, онлайн образования, дистанционных форм взаимодействия и коворкинга в эпоху пандемии COVID - 19.

Технонано

Технопредпринимательство - идея, которая принесет свои плоды при бережном культивировании и взращивании. И наша наноолимпиада, и Наноград от Школьной Лиги РОСНАНО, и проект Стемфорд, и другие замечательные инициативы - важные шаги на пути реализации этой и других идей, связанных с развитием новых высоких технологий в нашей стране и привлечением молодых талантов в эту вполне стратегическую область. Ниже приведен небольшой опрос, который позволит и нам, и вам понять, а что все же значит этот модный термин, и какова его суть.



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.