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

 

Человеческий волос 2. Крашеный.
Человеческий волос 2. Крашеный.

Крабовый панцирь побеждает грязную нефть
Химики МГУ разработали уникальную люминесцентную методику определения маркеров «грязной нефти» (дибензотиофенов) с использованием селективной сорбции в оптически прозрачных материалах на основе сшитых гелей хитозана.

Перст-дайджест
В новом выпуске бюллетеня «ПерсТ»: Броуновское движение скирмионов.Растягиваем графен правильно. Красное вино, кофе и чай помогают создавать материалы для гибкой носимой электроники. Металлическая природа кремния и углерода.

К 2023 году российские химики могут занять 4-е место в мире
Эксперты отметили рост числа научных публикаций отечественных ученых и сообщили, что к 2023 году российские химики могут занять 4-е место в мире по публикационной активности.
27 – 29 ноября в рамках юбилейных мероприятий Химического факультета МГУ и торжественной церемонии закрытия Международного года Периодической таблицы химических элементов эксперты подвели итоги 2019 г.

Константин Жижин, член-корреспондент РАН: «Бор безграничен»
Наталия Лескова
Беседа с К.Ю. Жижиным, заместителем директора Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова по научной работе, главным научным сотрудником лаборатории химии легких элементов и кластеров.

Мембраны правят миром
Коллектив авторов, Гудилин Е.А.
Ученые МГУ за счет детального изучения структурных и морфологических характеристик материалов на основе оксида графена и 2D-карбидов титана, а также моделирования их свойств, улучшили методы создания мембран для широкого круга практических применений.

Лекция про Дмитрия Ивановича и Наномир на Фестивале науки
Е.А.Гудилин и др., Фестиваль науки
В дни Фестиваля науки «NAUKA 0+» на Химическом факультете МГУ ведущие ученые познакомили слушателей с самыми современными достижениями химии. Ниже приводится небольшой фоторепортаж 1 дня и расписание лекций.

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.

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!



 
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.