Name: Fabricage van Gate-afstembare Grafeen Inrichtingen voor Scanning Tunneling Microscopy Studies met Coulomb Verontreinigingen (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-07-24T15:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 42 s
Description: Leer de fabricage van gate-afstembare grafeeninrichtingen met Coulomb-verontreinigingen voor scanning tunneling microscopy. Deze methode onderzoekt de elektronische structuur van grafeen en het gedrag van geladen deeltjes.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Ons onderzoek werd gesteund door de directeur, Office of Science, Bureau van Basic Energy Sciences van het Amerikaanse ministerie van Energie sp2 Programma onder contract niet. DE-AC02-05CH11231 (STM instrumentatie ontwikkeling en integratie apparaat); het Office of Naval Research (apparaat karakterisering) en NSF award geen. CMMI-1235361 (dI / dV imaging). STM-gegevens werden geanalyseerd en weergegeven met behulp van WSxM software. 33 DW en AJB werden ondersteund door het Ministerie van Defensie (DoD) door de National Defense Science &amp; Engineering Graduate Fellowship (NDSEG) Program, 32 CFR 168a.

1. Elektrochemische Polijsten van een Cu Foil 22,23 Opmerking: Elektrochemische polijsten blootstelt bare Cu oppervlak grafeen groei door het verwijderen van de beschermende bekleding en regelt de groei zaad dichtheid. <ol><li> Bereid een elektrochemisch polijsten oplossing door het mengen van 100 ml ultrazuiver water, 50 ml ethanol, 50 ml fosforzuur, 10 ml isopropanol en 1 g ureum. </li><li> Snijd Cu folie in meerdere 3 cm bij 3 cm folies. Opmerking: Elke folie dient als zowel een anode en een kathode. </li><li> Stel de anode / kathode door knippen een Cu folie verticaal met een houder en aan te sluiten op de juiste aansluiting van de voeding. Opmerking: de anode (pluspool) zal elektrochemisch gepolijst voor grafeen groei. </li><li> Voor het polijsten begint, set constante spanning van 4,8 V in de voeding. </li><li> Schakel de voeding als de anode en de kathode zodra tegelijkertijd gedompeld in de electrochemical polijsten oplossing. Scheid de elektroden ongeveer 2 cm. Controleer dat de resulterende stroom is tussen 1-2 A. </li><li> Stop elektrochemisch polijsten na 2 min door het uitschakelen van de voeding. Neem de anode en onmiddellijk apart met ultra-zuiver water, aceton en isopropanol. </li><li> Föhnen de gespoeld Cu folie met N 2 gas en bewaar het op een droge container. </li></ol> 2. Chemical Vapor Deposition (CVD) van grafeen op een Cu Foil 22-25 <ol><li> Plaats een kwarts buis in een CVD oven en sluit de buis met de rest van de gasleiding met KF fittingen. </li><li> Een elektrochemisch gepolijst Cu folie op de top van een kwarts boot. Met behulp van een lange staaf, duwt de kwartsboot in de kwartsbuis totdat de Cu folie wordt geplaatst in het centrum van de CVD oven. Sluit het systeem met KF fittings. </li><li> Pomp van het systeem met een voorbewerking pomp. Spoel het systeem met H2. </li><li> Opvoeren van de temperatuur tot 1.0506, C met 200 sccm H2. Annealen bij 1050 ° C met dezelfde gasstroom gedurende 2 uur. Opmerking: De temperatuur wordt gemeten via ingebouwde type K thermokoppel in een buisoven. </li><li> Afkoelen tot 1030 ° C met dezelfde gasstroom. Groei grafeen gedurende 10 min bij 40 sccm CH4 en 10 sccm H2. </li><li> Zodra de groei is voorbij, het openstellen van de oven kap snel afkoelen onrechtmatige daad. Houd dezelfde gasstroom. </li><li> Zodra de temperatuur onder 100 ° C, zet de gasstroom. </li><li> Schakel de pomp. Vent het systeem met N 2 gas door langzaam openen van de meetklep tussen de gasleiding en de N 2 gasfles. </li><li> Neem het monster. Snijd de Cu folie in stukken met de gewenste afmetingen. </li><li> Bewaar het monster in een droge container in een exsiccator. </li></ol> 3. mechanische afschilfering 19-21 van h-BN op een SiO 2 Chip <ol><li> Reinig een SiO 2 chip. Opmerking: De SiO chip 2 bestaat uit een circa 285 nm dikke SiO2-laag op een bulk Si. <ol><li> Snijd een SiO 2 wafer in ongeveer 1 cm bij 1 cm chips met behulp van een diamant schrijver. </li><li> Spoel de SiO 2 chip met water en isopropanol. Houd de SiO 2 oppervlak bedekt met water / isopropanol na elke spoeling. </li><li> Plaats de SiO 2 chip op de spin coater om vloeistof van het oppervlak te verwijderen. Spin de chip met 3000 rpm gedurende 15 sec. </li><li> Controleer de reinheid van de chip onder een optische microscoop met donker veld instelling. Opmerking: Onder donker gebied instelling, vaste verontreinigingen verschijnen als heldere deeltjes. </li></ol></li><li> Plaats een schone SiO 2-chip, peeling tape, en h-BN kristal op een schone tafel met een optische microscoop. </li><li> Bereid twee stroken van tape: een ouder tape en een tweede tape. Plaats beide op de tafel met hun plakkerige kanten op. Plaats een h-BN kristal op de kleverige kant van de ouder tape. </li><li> Plaats de sticky kant van de tweede tape over de h-BN kristal op de ouder tape (zodat de plakkerige kanten van de tweede en ouder banden elkaar raken). Wrijf over het kristal voorzichtig om luchtbellen te verwijderen. </li><li> Schil de tweede tape uit om de h-BN kristal exfoliëren op de tweede tape. Bewaar de ouder tape voor toekomstig gebruik. </li><li> Vouw de tweede band op zichzelf, wrijf voorzichtig over het kristal, en trek de tape. Herhaal deze procedure 10 maal, het vouwen van de tweede band zodat de h-BN kristallen worden overgebracht naar een verse nieuwe gebied van het tweede tape telkens. </li><li> Plaats een schone SiO 2-chip onder de microscoop. Plak de regio van de tweede band met de h-BN kristal op de SiO 2 chip. Zorg ervoor dat de tape kleeft ook aan de microscoop stand voor het beveiligen van de chip tijdens de komende afschilfering stap. </li><li> Schil langzaam af van de tape, bewaking van het proces onder de microscoop. Als de tape bijna afgepeld, gebruik dan een pincet om de SiO 2 te houden </sub&gt; chip op zijn plaats. Opmerking: Het pellen te snel zal resulteren in minder h-BN vlokken op de chip. </li><li> Zodra de band afgepeld, plaats de chip in een CVD oven. Hybridiseren de chip in lucht bij 500 ° C gedurende 2 uur. </li></ol> 4. Poly (methylmethacrylaat) (PMMA) 26-28 Overdracht grafeen op h-BN / SiO 2 <ol><li> Doe één druppel PMMA (A4) op het grafeen / Cu / grafeen folie. Spin-coat de folie met 3,000 rpm in 30 sec. Opmerking: Als FeCl3 (aq) etsen verwijderd de Cu laag gedurende de komende etsstap wordt de achterzijde grafeen vallen terwijl PMMA / grafeen layer ongereageerd (Figuur 2) blijven. </li><li> Met behulp van een FeCl3 bestendige lepel, laat de roterend bedekken Cu folie drijven op de volgende oplossingen in deze volgorde: 1,5 min op FeCl3 (aq), 5 min op ultra-zuiver water, 1 min op FeCl3 (aq), 5 min op ultra-zuiver water, 15 min op FeCl3 (aq), 5 min op ultra-zuiver water, 5 min op ultra-zuivere water, en 30 min op ultra-zuiver water. Bereid elke ultra-zuivere water bad in een aparte beker. </li><li> Vis de PMMA / grafeen monster met een h-BN / SiO 2 chip. Plaats het op een hete plaat bij 80 ° C gedurende 10 minuten ter verwijdering van water en bij 180 ° C gedurende 15 min ontspannen 27 PMMA film. </li><li> Plaats de PMMA / grafeen / h-BN / SiO 2-chip in CH 2 Cl 2 O / N om het PMMA laag te ontbinden. </li></ol> 5. Ar / H 2 gloeien 29,30 <ol><li> Plaats de kwarts buis op de CVD oven en sluit de buis met de rest van de gasleiding met KF fittingen. </li><li> Plaats de grafeen / BN / SiO 2 chip op een kwarts boot. Met behulp van een lange staaf, duwt de kwartsboot in de kwartsbuis totdat de chip wordt geplaatst in het centrum van de CVD oven. Sluit het systeem met KF fittings. </li><li> Pomp van het systeem met een voorbewerking pomp. Spoel het systeem met H 2 en Ar. </li><li> Bouw de druk om 1 atm met 100 sccm H 2 en 200 SCCM Ar met een doseerklep. Zodra de druk bereikt 1 atm, pas de openingen van de doseerklep om de druk te stabiliseren op 1 atm. </li><li> Opvoeren van de temperatuur tot 350 ° C en ontlaten gedurende 5 uur bij dezelfde gasstroom. </li><li> Afkoelen tot kamertemperatuur met dezelfde gasstroom. </li><li> Zodra de temperatuur onder 100 ° C, zet de gasstroom. Sluit alle kleppen. </li><li> Schakel de pomp. Vent het systeem met N 2 gas door langzaam openen van de meetklep tussen de gasleiding en de N 2 gasfles. </li><li> Neem het monster. Controleer het aantal grafeen lagen en defect niveau Raman spectroscopie 32. Controleer de netheid / uniformiteit onder optische microscoop. Bewaak meerdere gebieden zo schoon verschijnen onder de optische microscoop met atomic force microscope (AFM) ervoor zorgen dat het monster verschijnt clean / uniform op kleine lengteschaal (&lt;500 nm) en. </li><li> Bewaar het in een droge container in eenexsiccator. </li></ol> 6. Montage van een Gate-afstembare Grafeen Device voor STM meting 2-5 <ol><li> Damp een 50 urn met 50 um Au / Ti contact pad naar de Ar / H 2 -annealed CVD grafeen / h-BN / SiO 2 monster. <ol><li> Tape het monster in een stadium op een micromanipulator. </li><li> Terwijl monitoring met optische microscoop, uitlijnen sjabloonmasker grafeen met behulp van de micromanipulator, zodat de Au / Ti contact wordt afgezet nabij het van belang zijnde zonder het oppervlak te bedekken. </li><li> Breng het monster met stencil masker om een ​​e-beam verdamper. Verdampen 10 nm van Ti op 3 A / sec. Dekmantel voor de Ti-laag door het verdampen van 30-50 nm van Au 3 Å / sec in dezelfde verdamping sessie zonder te breken vacuüm. Opmerking: Als alternatief 1 nm van Cr is een goede vervanger voor de 10 nm van Ti. </li><li> Breng het monster met sjabloonmasker terug naar de micromanipulator voor het verwijderen van het podium. </li></ol></li> &lt;li&gt; Mount het monster op een ultrahoog vacuüm (UHV) sample plaat. <ol><li> Leg een dun stuk saffier op een UHV monster plaat. Opmerking: De sapphire werkt als een isolerende laag die elektrisch contact tussen de Si en STM grond voorkomt. Bovendien is saffier een uitstekende thermische geleider met het doel sample annealing. </li><li> Plaats het monster op de top van de saffier. Leg een dun stuk saffier op het monster. Zorg ervoor dat de saffier dekt niet de grafeen oppervlak. </li><li> Zet de sapphire / sample / sapphire structuur met een metalen klem. Zorg ervoor dat de gehele structuur is rigide of anders zal trillen in een STM. </li></ol></li><li> Wire-bond de UHV monster plaat terminals naar contacten op de grafeen apparaat eigenen. Opmerking: De afgezette Au / Ti elektroden draadgecontacteerde naar massa terwijl het Si bulk-kabel verbonden met de gate-elektrode (figuur 1). <ol><li> Plaats de gemonteerde monster op een geaarde wire-bonding podium. </li><li> Identificeer locaties van de Au / Ti contacten met een optische microscoop. </li><li> Zet op een draad-bonder. Als de draad-bonder is pneumatisch, zet N 2 gas. Zet de draad-bonder twee obligaties te maken. </li><li> Met een wire-bonding arm, plaats het uiteinde van de draad bonder bovenop de juiste aansluiting op het UHV monsterplaat. Omlaag en voorzichtig op het uiteinde van de draad Bonder op de terminal tot aan de draad-bonder geeft aan dat de hechting voltooid. </li><li> Rijg een draad aan de Au / Ti contact op grafeen apparaat. Naar beneden en voorzichtig op het uiteinde van de draad bonder op de Au / Ti contact totdat de draad-bonder geeft aan dat de hechting is voltooid. </li><li> Gebruik een diamant schriftgeleerde krassen sommige SiO 2 aan de rand van de SiO 2-chip aan de Si die wordt gebruikt als een back-gate bloot. Herhaal de twee-bonding werkwijze voor de blootgestelde Si. </li><li> Plaats het monster in een UHV (10 -10 Torr) prep kamer en gloeien de draadgecontacteerde graphene apparaat bij ongeveer 300 ° C. Breng het apparaat naar een STM kamer. Opmerking: Het grafeen apparaat moet worden getemperd tot het oppervlak lijkt schoon onder STM (zie hoofdstuk 8 van het Protocol.). Hybridisatie zal variëren afhankelijk van de oorspronkelijke reinheid van de inrichting. </li></ol></li></ol> 7. STM Tip Calibration op Au (111) Oppervlakte 31 <ol><li> Gloeien / sputteren een Au (111) monster op de verwarming podium in een UHV kamer schoon te maken / plat de Au oppervlak. Ontlaten gedurende 5 minuten bij 375 ° C en gedurende 5 min sputteren met Ar + beam versneld tot 500 V. Breng de Au (111) monster aan de STM scannende platform. </li><li> Benader een Au (111) oppervlak met een STM tip. Breng 10 V pulsen op de STM punt totdat een Au (111) visgraat reconstructie duidelijk zichtbaar. </li><li> Kalibreer de tip door het aanpassen van de tip vorm en het vergelijken van de differentiële geleiding dI / dV spectrum aan de standaard Au (111) dI / dV spectrum. 31 </sup&gt; <ol><li> Scan de Au (111) oppervlak met 40 nm 40 nm frame aan een schone / vlak gebied te identificeren. Wanneer het oppervlak een hoge dichtheid van stap randen naar een nieuw gebied voor het scannen. </li><li> Zachtjes crash van de STM-tip 0,4-1,0 nm in een schone gebied van de Au (111) oppervlak; Dit gecontroleerde crashen wordt aangeduid als een &#39;porren. &quot;Schakel de feedback en klik op&quot; Take Spectroscopy &quot;knop om een dI / dV spectrum te nemen via lock-in op de huidige reactie van een ac gemoduleerde spanning (6 mV en 613,7 Hz) toegevoegd aan het uiteinde vooringenomenheid. Opmerking: Als ac gemoduleerde spanning (6 mV en 613,7 Hz) is aangebracht op de punt, de resulterende tunnelstroom gaat in de lock-in versterker, waarbij de component van de huidige isolaten met dezelfde frequentie en retourneert dI / dV signaal. Door het opnemen van dit signaal als het monster vooroordeel wordt geveegd van -1,0 tot 1,0 V, wordt dI / dV spectrum gegenereerd. Omdat dit spectroscopie programma-huis geschreven, de instructies voor het nemen vande spectroscopie zal variëren tussen de verschillende programma&#39;s. </li><li> Controleer de verkregen dI / dV curve met een genormaliseerde Au (111) dI / dV spectrum (figuur 4). Zorg ervoor dat de Au (111) oppervlak staat in de dI / dV curve en dat het spectrum afwezig is van enige afwijkende functie is. Als de gemeten dI / dV curve niet acceptabel is, herhaalt u de zak in stap 7.3.2 tot de dI / dV curve lijkt op degene die in figuur 4. </li><li> Zodra tip vorm en dI / dV spectrum zijn geoptimaliseerd, wacht 15 tot 30 min; Als de STM tip onstabiel wordt dI / dV spectrum veranderen gedurende deze periode. Heroveren een dI / dV spectrum op een andere locatie om te bevestigen of de STM tip is stabiel of niet. </li><li> Herhaal de poke in stap 7.3.2 als dI / dV curve is veranderd. Ga verder met scannen grafeen als dI / dV curve is ongewijzigd. </li></ol></li></ol> 8. Scannen Grafeen <ol><li> Transfer het grafeen apparaat naar een STM scanning podium. </li><li> Gebruik een lange afstand optische microscoop om de STM tip en grafeen apparaat. Na zijdelings uitlijnen van de tip en h-BN vlok van belang, de aanpak van de grafeen. </li><li> Start het scannen van een 2 nm door 2 nm gebied. Langzaam vergroten het venster scan tot 5 nm van 5 nm, 10 nm, 10 nm, 15 nm 15 nm, 20 nm 20 nm, enz. Als een groot onzuiverheid (&gt; 100 uur in hoogte) wordt aangetroffen, trekken de tip en te verplaatsen naar een ander gebied. </li><li> Neem een dI / dV spectrum en te vergelijken met de standaard dI / dV spectrum op grafeen / h-BN substraat (zie ref. 21). Als het spectrum is niet vergelijkbaar, herijken de tip over een Au (111) oppervlak (zie hfst. 7 van het Protocol). </li><li> Scan meerdere gebieden om een ​​gevoel van hoe vaak grote onzuiverheid (&gt; 100 uur in hoogte) is tegengekomen krijgen. Op basis van deze statistieken, afleiden de netheid van het monster. </li></ol> 9. Deponeren Coulomb Verontreinigingen op een Grafeen surface 2-4 <ol><li> Het verkrijgen van een Ca bron. Kalibreren van de verdamping van Ca-atomen met een restgas analyser (RGA) en kwartskristalmicrobalans (QCM) in een UHV testkamer. Opmerking: RGA evalueert de zuiverheid van Ca aanbetaling terwijl QCM meet een Ca depositie tarief. <ol><li> Ren stroom door de Ca bron. </li><li> Verhoog de ​​stroom totdat een Ca partiële druk van 10 -10 Torr wordt gedetecteerd in de RGA massaspectrum. Let op dat Ca en Ar dezelfde massa en daarom niet te onderscheiden in de RGA. </li><li> Meet de Ca neerslagsnelheid (laag / sec) met de QCM. <ol><li> Voer de dichtheid (bv, 1,55 g / cm3 voor Ca ion) van het depot voor frequentieverschuiving waarde om te zetten om te beoordelen depositie. </li><li> De afzetting rate monitor voor de QCM leest de depositie tarief / s; vertaalt deze naar laag / sec door aan te nemen dat de dikte van een monolaag is gelijk aan de ionische diameter (bijvoorbeeld 0,228 Å voor Ca ionen) Van de storting. </li></ol></li><li> Bepaal de optimale stroom door aanpassing van de stroom totdat de depositiesnelheid beeldscherm geeft een gewenste afzetsnelheid (bijvoorbeeld 3,33 x 10 -5 layer / sec). </li></ol></li><li> Gezien de depositie tarief (bijvoorbeeld 3,33 x 10 -5 laag / sec) in stap 9.1.3, het berekenen van de tijd (sec) voor het deponeren van de gewenste hoeveelheid (bv 0,01 monolaag) van Ca. In het STM, Ca deponeren op een Cu (100) vlak in situ met de optimale huidige instelling in stap 9.1.3. Controleer de Ca dekking en netheid van de post-depositie Cu (100) oppervlak met STM (zie stap 8.5); herijken de huidige instelling totdat de Cu (100) oppervlak voorwaarde onder STM verschijnt zoals verwacht. Opmerking: Depositie parameters worden geoptimaliseerd Cu (100) eerst het risico van besmetting van het grafeen apparaat met slecht gecontroleerde depositie minimaliseren. </li><li> Breng de grafeen apparaat naar een STM voor in situ depositie op4 K. </li><li> Borg gebracht Ca-atomen op het grafeen oppervlak. <ol><li> Voordat storten Ca op grafeen, outgass de Ca bron. Verhoog langzaam de stroom op de bron met 0,25 A elke 5-10 min tot de gewenste stroom in stap 9.2 is bereikt. Sluit een sluiter tussen de grafeen en Ca bron om te voorkomen ontgaste verontreinigingen uit het bereiken van de grafeen. </li><li> Laat de verdamping flux stabiliseren gedurende 20 minuten vóór het openen van de sluiter. </li><li> Open de sluiter en borg wenselijk (bv 0,01 monolaag) hoeveelheid Ca-ionen op het grafeen oppervlak. Zorg ervoor dat het grafeen apparaat line-of-sight met de Ca bron. Zorg ervoor dat de STM tip is van line-of-sight van het Ca bron om te voorkomen dat Ca-atomen van het vasthouden aan de STM-tip. </li></ol></li><li> Controleer de Ca dekking en netheid van de post-depositie grafeen oppervlak met STM (zie stap 8.5). Raadpleeg Ref. 2, 3 en 4 verdere protocol van de studie van Coulomb onzuiverheden op grafeen. </li></ol>

<ol><li>Novoselov, K. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electric+field+effect+in+atomically+thin+carbon+films%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Electric field effect in atomically thin carbon films.</a> Science. 306 (5696), 666-669 (2004).</li>
<li>Brar, V. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Gate-controlled+ionization+and+screening+of+cobalt+adatoms+on+a+graphene+surface%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Phys%22%5BJournal%5D)">Gate-controlled ionization and screening of cobalt adatoms on a graphene surface.</a> Nat. Phys. 7 (1), 43-47 (2011).</li>
<li>Wang, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mapping+Dirac+quasiparticles+near+a+single+Coulomb+impurity+on+graphene%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Phys%22%5BJournal%5D)">Mapping Dirac quasiparticles near a single Coulomb impurity on graphene.</a> Nat. Phys. 8 (9), 653-657 (2012).</li>
<li>Wang, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Observing+atomic+collapse+resonances+in+artificial+nuclei+on+graphene%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Observing atomic collapse resonances in artificial nuclei on graphene.</a> Science. 340 (6133), 734-737 (2013).</li>
<li>Riss, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Imaging+and+tuning+molecular+levels+at+the+surface+of+a+gated+graphene+device%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Imaging and tuning molecular levels at the surface of a gated graphene device.</a> ACS Nano. 8 (6), 5395-5401 (2014).</li>
<li>Chen, J. H., Jang, C., Adam, S., Fuhrer, M. S., Williams, E. D., Ishigami, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Charged-impurity+scattering+in+graphene%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Phys%22%5BJournal%5D)">Charged-impurity scattering in graphene.</a> Nat. Phys. 4 (5), 377-381 (2008).</li>
<li>Pi, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electronic+doping+and+scattering+by+transition+metals+on+graphene%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+B%22%5BJournal%5D)">Electronic doping and scattering by transition metals on graphene.</a> Phys. Rev. B. 80 (7), 075406(2009).</li>
<li>Jang, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tuning+the+effective+fine+structure+constant+in+graphene%3A+Opposing+effects+of+dielectric+screening+on+short-+and+long-range+potential+scattering%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Tuning the effective fine structure constant in graphene: Opposing effects of dielectric screening on short- and long-range potential scattering.</a> Phys. Rev. Lett. 101 (14), 146805(2008).</li>
<li>McChesney, J. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Extended+van+Hove+singularity+and+superconducting+instability+in+doped+graphene%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Extended van Hove singularity and superconducting instability in doped graphene.</a> Phys. Rev. Lett. 104 (13), 136803(2010).</li>
<li>Geim, A. K., Novoselov, K. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+rise+of+graphene%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Mater%22%5BJournal%5D)">The rise of graphene.</a> Nat. Mater. 6 (3), 183-191 (2007).</li>
<li>Wang, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Gate-variable+optical+transitions+in+graphene%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Gate-variable optical transitions in graphene.</a> Science. 320 (5873), 206-209 (2008).</li>
<li>Lee, C., Wei, X. D., Kysar, J. W., Hone, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Measurement+of+the+elastic+properties+and+intrinsic+strength+of+monolayer+graphene%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Measurement of the elastic properties and intrinsic strength of monolayer graphene.</a> Science. 321 (5887), 385-388 (2008).</li>
<li>Zhang, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Giant+phonon-induced+conductance+in+scanning+tunneling+spectroscopy+of+gate-tunable+graphene%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Phys%22%5BJournal%5D)">Giant phonon-induced conductance in scanning tunneling spectroscopy of gate-tunable graphene.</a> Nat. Phys. 4 (8), 627-630 (2008).</li>
<li>Zhang, Y., Tan, Y. W., Stormer, H. L., Kim, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Experimental+observation+of+the+quantum+Hall+effect+and+Berry%E2%80%99s+phase+in+graphene%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Experimental observation of the quantum Hall effect and Berry’s phase in graphene.</a> Nature. 438 (7065), 201-204 (2005).</li>
<li>Novoselov, K. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Two-dimensional+gas+of+massless+Dirac+fermions+in+graphene%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Two-dimensional gas of massless Dirac fermions in graphene.</a> Nature. 438 (7065), 197-200 (2005).</li>
<li>Biswas, R. R., Sachdev, S., Son, D. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Coulomb+impurity+in+graphene%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+B%22%5BJournal%5D)">Coulomb impurity in graphene.</a> Phys. Rev. B. 76 (20), 205122(2007).</li>
<li>Novikov, D. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Elastic+scattering+theory+and+transport+in+graphene%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+B%22%5BJournal%5D)">Elastic scattering theory and transport in graphene.</a> Phys. Rev. B. 76 (24), 245435(2007).</li>
<li>Pereira, V. M., Nilsson, J., Castro Neto, A. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Coulomb+impurity+problem+in+graphene%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Coulomb impurity problem in graphene.</a> Phys. Rev. Lett. 99 (16), 166802(2007).</li>
<li>Dean, C. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Boron+nitride+substrates+for+high-quality+graphene+electronics%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Nanotechnol%22%5BJournal%5D)">Boron nitride substrates for high-quality graphene electronics.</a> Nat. Nanotechnol. 5 (10), 722-726 (2010).</li>
<li>Xue, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Scanning+tunnelling+microscopy+and+spectroscopy+of+ultra-flat+graphene+on+hexagonal+boron+nitride%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Mater%22%5BJournal%5D)">Scanning tunnelling microscopy and spectroscopy of ultra-flat graphene on hexagonal boron nitride.</a> Nat. Mater. 10 (4), 282-285 (2011).</li>
<li>Decker, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Local+electronic+properties+of+graphene+on+a+BN+substrate+via+scanning+tunneling+microscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Local electronic properties of graphene on a BN substrate via scanning tunneling microscopy.</a> Nano Lett. 11 (6), 2291-2295 (2011).</li>
<li>Yan, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Toward+the+synthesis+of+wafer-scale+single-crystal+graphene+on+copper+foils%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Toward the synthesis of wafer-scale single-crystal graphene on copper foils.</a> ACS Nano. 6 (10), 9110-9117 (2012).</li>
<li>Zhang, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Low-temperature+chemical+vapor+deposition+growth+of+graphene+from+toluene+on+electropolished+copper+foils%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Low-temperature chemical vapor deposition growth of graphene from toluene on electropolished copper foils.</a> ACS Nano. 6 (3), 2471-2476 (2012).</li>
<li>Li, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Large-area+synthesis+of+high-quality+and+uniform+graphene+films+on+copper+foils%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Large-area synthesis of high-quality and uniform graphene films on copper foils.</a> Science. 324 (5932), 1312-1314 (2009).</li>
<li>Zhang, Y., Zhang, L., Zhou, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Review+of+chemical+vapor+deposition+of+graphene+and+related+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Acc.+Chem.+Res%22%5BJournal%5D)">Review of chemical vapor deposition of graphene and related applications.</a> Acc. Chem. Res. 46 (10), 2329-2339 (2013).</li>
<li>Reina, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Transferring+and+identification+of+single-and+few-layer+graphene+on+arbitrary+substrates%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Phys.+Chem.+C%22%5BJournal%5D)">Transferring and identification of single-and few-layer graphene on arbitrary substrates.</a> J. Phys. Chem. C. 112 (46), 17741-17744 (2008).</li>
<li>Suk, J. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Transfer+of+CVD-grown+monolayer+graphene+onto+arbitrary+subsrates%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Transfer of CVD-grown monolayer graphene onto arbitrary subsrates.</a> ACS Nano. 5 (9), 6916-6924 (2011).</li>
<li>Regan, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+direct+transfer+of+layer-area+graphene%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">A direct transfer of layer-area graphene.</a> Appl. Phys. Lett. 96 (11), 113102(2010).</li>
<li>Ishigami, M., Chen, J. H., Cullen, W. G., Fuhrer, M. S., Williams, E. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Atomic+structure+of+graphene+on+SiO2%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Atomic structure of graphene on SiO2.</a> Nano Lett. 7 (6), 1643-1648 (2007).</li>
<li>Dan, Y., Lu, Y., Kybert, N. J., Luo, Z., Johnson, A. T. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Intrinsic+response+of+graphene+vapor+sensors%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Intrinsic response of graphene vapor sensors.</a> Nano Lett. 9 (4), 1472-1475 (2009).</li>
<li>Chen, W., Madhavan, V., Jamneala, T., Crommie, M. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Scanning+tunneling+microscopy+observation+of+an+electronic+superlattice+at+the+surface+of+clean+gold%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Scanning tunneling microscopy observation of an electronic superlattice at the surface of clean gold.</a> Phys. Rev. Lett. 80 (7), 1469-1472 (1998).</li>
<li>Saito, R., Hofmann, M., Dresselhaus, G., Jorio, A., Dresselhaus, M. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Raman+spectroscopy+of+graphene+and+carbon+nanotubes%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Phys%22%5BJournal%5D)">Raman spectroscopy of graphene and carbon nanotubes.</a> Adv. Phys. 60 (3), 413-550 (2011).</li>
<li>Horcas, I., Fernandez, R., Gomez-Rodriguez, J. M., Colchero, J., Gomez-Herrero, J., Baro, A. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((WSXM%3A+A+software+for+scanning+probe+microscopy+and+a+tool+for+nanotechnology%5BTitle%5D)+AND+%22Rev.+Sci.+Instrum%22%5BJournal%5D)">WSXM: A software for scanning probe microscopy and a tool for nanotechnology.</a> Rev. Sci. Instrum. 78 (1), 013705(2007).</li>
</ol>

Auteurs hebben niets te onthullen.

Voor STM karakterisering, kritische doelen van het grafeen apparaat fabricage zijn: 1) groeiende monolaag grafeen met een minimaal aantal defecten, 2) het verkrijgen van een groot, schoon, uniform, en continue grafeen oppervlak, 3) het samenstellen van een grafeen apparaat met een hoge weerstand tussen het grafeen en de poort (dat wil zeggen, geen &quot;gate lekkage&quot;), en 4) storten individuele Coulomb onzuiverheden. Het eerste doel wordt beheerst door de CVD-proces, waarbij gr...

Grafeen Twee-dimensionale materiaal met een unieke lineaire bandstructuur die aanleiding zijn uitstekende elektrische, optische en mechanische eigenschappen oplevert. 1,9-16 De laagenergetische ladingsdragers worden beschreven als relativistische, massaloze Dirac fermionen 15, waarvan gedrag aanzienlijk verschilt van die van niet-relativistische ladingsdragers in traditionele systemen. 15-18 gecontroleerde depositie van verschillende verontreinigingen op grafeen een eenvoudige maar veelzijdige platform voor experimenteel onderzoek van de respons van deze relativistische ladingsdragers diverse verstoringen. Onderzoek van dergelijke systemen blijkt dat grafeen onzuiverheden kan een verschuiving van de chemische potentiaal 6,7, veranderen de effectieve diëlektrische constante 8, en mogelijk leiden tot een elektronisch gemedieerde supergeleiding 9. Veel van deze studies 6-8 dienst elektrostatische gating als middel om de eigenschappen van de hybride impurit tuningy-grafeen apparaat. Elektrostatische gating kan de elektronische structuur van een materiaal bovendien verschuiven ten opzichte van het Fermi niveau zonder hysterese. 05/02, door afstemmen van de lading 2 of moleculaire 5 toestanden van zulke verontreinigingen, kan electrostatische gating reversibel de eigenschappen van een hybride onzuiverheid grafeen wijzigen apparaat. Back-gating een grafeen apparaat biedt een ideaal systeem voor het onderzoek door de scanning tunneling microscoop (STM). Een scanning tunneling microscoop bestaat uit een scherpe metalen punt hield een paar Angstrom weg van een geleidend oppervlak. Door een voorspanning tussen de naaldpunt en het oppervlak elektronen tunnel tussen de twee. In de meest voorkomende modus, constante stroom modus, kan men de topografie van het monster oppervlak in kaart door-raster scannen van de tip over en weer. Daarnaast kan de lokale elektronische structuur van het monster bestudeerd door onderzoeken van een differentiële geleiding dI / dV spectrum, die evenredig is met de plaatselijkensity van staten (LDOS). Deze meting wordt vaak genoemd scanning tunneling spectroscopie (STS). Door het afzonderlijk regelen van de voorspanning en de back-gate voltages kan de reactie van grafeen onzuiverheden worden onderzocht door het analyseren van het gedrag van deze dI / dV spectra. 2-5 In dit rapport, de fabricage van een back-gated grafeen apparaat versierd met Coulomb onzuiverheden (bijvoorbeeld, geladen Ca atomen) wordt geschetst. Het apparaat bestaat uit elementen in de volgende volgorde (van boven naar beneden): calcium adatoms en clusters, grafeen, hexagonaal boornitride (h-BN), siliciumdioxide (SiO 2) en bulk silicium (figuur 1). h-BN is een isolerende dunne film, die een atomair vlakke en elektrisch homogene substraat voor het grafeen biedt. 19-21 h-BN en SiO 2 fungeren als diëlektrica, en bulk Si dient als back-gate. Om het apparaat te fabriceren, is grafeen eerst geteeld op een electrochemisch gepolijst Cu folie 22,23, die fungeert als schone katalytisch oppervlak voor de chemische dampafzetting (CVD) 22-25 grafeen. In een CVD-groei, methaan (CH4) en waterstof (H2) precursor gassen ondergaan pyrolyse domeinen grafeen kristallen op de Cu-folie vormen. Deze domeinen groeien en uiteindelijk samenvoegen, de vorming van een polykristallijne grafeen vel. 25 De resulterende grafeen wordt overgebracht op het doel substraat, een h-BN / SiO 2 chip (bereid door mechanische peeling 19-21 van h-BN op een SiO 2 / Si (100) chip), via poly (methyl methacrylaat) (PMMA) overbrengen. 26-28 In de PMMA overdracht, de grafeen Cu eerst roterend bedekken een laag van PMMA. De PMMA / grafeen / Cu monster dan drijft op een etsoplossing (bijvoorbeeld FeCl3 (aq) 28) afgekeerde etsen Cu. De gereageerde PMMA / grafeen monster wordt gevist met een h-BN / SiO 2 chip en vervolgensschoongemaakt in een organisch oplosmiddel (bijv CH 2 Cl 2) en Ar / H 2 29,30 omgeving aan de PMMA laag te verwijderen. De resulterende grafeen / h-BN / SiO 2 / Si monster is dan-draad verbonden met de elektrische contacten op een ultra-high-vacuüm (UHV) sample plaat en uitgegloeid in een UHV kamer. Tenslotte wordt het grafeen inrichting gedeponeerd in situ met Coulomb onzuiverheden (bijvoorbeeld geladen Ca atomen) en onderzocht met een STM. 2-5

<table><tbody><tr><td>Cu foil</td><td>Alfa Aesar</td><td>CAS # 7440-50-8 Lot # F22X029 Stock # 13382</td><td>99.8% Cu</td></tr><tr><td>Scotch Magic Tape</td><td>Scotch&reg;</td><td>N/A</td><td>voor exfoliatie van hBN</td></tr><tr><td>PMMA</td><td>Micro Chem</td><td>M23004 0500L 1GL</td><td>A4</td></tr><tr><td>FeCl3 resistente lepel</td><td>Bel-Art ScienceWare</td><td>367300015</td><td>PTFE gecoate dubbelzijdige chemische lepel, 15 cm lengte</td></tr><tr><td>FeCl3 (aq)</td><td>Ricca Chemical</td><td>3127-16</td><td>40% w/v</td></tr><tr><td>SiO2/Si(100) Chip</td><td>NOVA Electric Materials</td><td>HS39626-OX</td><td>n/a</td></tr><tr><td>h-BN</td><td>K. Watanabe en T. Taniguchi Groep</td><td>Neem contact op met de groep</td><td>hexagonaal Japans BN (JBN)</td></tr><tr><td>Au(111)</td><td>Agilent Technologies</td><td>N9805B-FG</td><td>Au(111) epitaxiaal geteeld op mica</td></tr><tr><td>Saffier</td><td>Precision Ferrites &amp; Ceramic, Inc.</td><td>Neem contact op met leverancier</td><td>P/N Saffier Chips 0,22 x 0,125 x 0,015"</td></tr><tr><td>Ca bron</td><td>Trace Sciences International Corp.</td><td>AS-3-Ca-5-S</td><td>n/a</td></tr><tr><td>Cu(100)</td><td>Princeton Scientific</td><td>Neem contact op met leverancier</td><td>Cu(100) enkele kristal</td></tr><tr><td>Methane</td><td>Praxair, Inc.</td><td>ME 5.0RS-K</td><td>Grafeen groei voorloper gas</td></tr><tr><td>Waterstof</td><td>Praxair, Inc.</td><td>HY 6.0RS-K</td><td>Grafeen groei voorloper gas</td></tr></tbody></table>

fabricage van gate-afstembare grafeen inrichtingen voor scanning tunneling microscopy studies met coulomb verontreinigingen

Fabrication of Gate-tunable Graphene Devices for Scanning Tunneling Microscopy Studies with Coulomb Impurities

Door haar relativistische energiezuinige ladingsdragers, de interactie tussen grafeen en diverse verontreinigingen leidt tot een schat aan nieuwe fysica en graden van vrijheid om elektronische apparaten te bedienen. In het bijzonder wordt het gedrag van grafeen ladingsdragers in reactie op potentialen opgeladen Coulomb onzuiverheden voorspeld aanzienlijk verschillen van die van de meeste materialen. Scanning tunneling microscopy (STM) en scanning tunneling spectroscopie (STS) Gedetailleerde informatie over zowel de spatiale als energieafhankelijkheid van elektronenstructuur grafeen in aanwezigheid van een geladen onzuiverheid verschaffen. Het ontwerp van een hybride onzuiverheid-grafeen apparaat, vervaardigd met behulp van gecontroleerde afzetting van onzuiverheden op een back-gated grafeen oppervlak, heeft een aantal nieuwe methoden nodig voor het regelbaar tuning grafeen de elektronische eigenschappen. 1-8 elektrostatische gating maakt controle van de dichtheid van ladingsdragers in grafeen en het vermogen om Reversibly tune de lading 2 en / of moleculaire 5 toestanden van een onzuiverheid. Dit document beschrijft de werkwijze het vervaardigen van een gate-afstembare grafeen apparaat met een individuele Coulomb onzuiverheden voor gecombineerde STM / STS studies. 2-5 Deze studies waardevolle inzichten in de onderliggende fysica, evenals wegwijzers voor het ontwerpen hybride grafeen apparaten.

Figuur 1 toont een schema van een back-gated grafeen apparaat. -Wire bonding Au / Ti contact met een UHV monster plaat gronden grafeen elektrisch, terwijl wire-bonding Si bulk aan een elektrode die wordt aangesloten op een extern circuit back-poorten van het apparaat. Door back-gating een inrichting, een laadtoestand van Coulomb verontreiniging in een monster voorspanning (dat wordt bestuurd door de STM tip) kan worden afgestemd op een ander ladingstoestand. 2-4 <...

Dit document beschrijft het fabricageproces van een poort-afstelbaar grafeenapparaat, versierd met Coulomb-onzuiverheden voor studies met rastertunnelmicroscopie. Het in kaart brengen van de ruimtelijk afhankelijke elektronische structuur van grafeen in aanwezigheid van geladen onzuiverheden onthult het unieke gedrag van zijn relatieve ladingsdragers als reactie op een lokaal Coulomb-potentieel.

Fabricage van Gate-afstembare Grafeen Inrichtingen voor Scanning Tunneling Microscopy Studies met Coulomb Verontreinigingen

Owing to its relativistic low-energy charge carriers, the interaction between graphene and various impurities leads to a wealth of new physics and degrees ...

Het algemene doel van deze procedure is het vervaardigen van een back-gated grafeen-veldeffecttransistor, gedecoreerd met uranium-onzuiverheden, voor onderzoek met behulp van scanning tunneling microscopie en spectroscopie. Dit wordt bereikt door eerst een monolaag grafeen te groeien op een elektrochemisch gepolijste koperfolie en deze over te dragen naar een substraat van hexagonaal boornitride en siliciumdioxide. De tweede stap bestaat uit het reinigen van de grafeen-hexagonaal boornitride-siliciumdioxide heterostructuur in een argon-waterstofomgeving en het verdampen van een goud-titanium contactpad op het grafeen.Vervolgens wordt de heterostructuur samengevoegd tot een gate-instelbaar apparaat door deze via wirebonding te bevestigen aan geschikte aansluitingen op een monsterhouder van een scanning tunneling microscoop. De laatste stap is het kalibreren van de scanning tunneling microscoop-tip op een goud 1 1 1 oppervlak en het verdampen van koolstofonzuiverheden op grafeen in een ultrahoog vacuüm. Uiteindelijk wordt scanning tunneling microscopie gebruikt om de koolstofonzuiverheden op het gate-instelbare grafeenapparaat in beeld te brengen en om de ruimtelijk afhankelijke elektronische structuur van grafeen in de aanwezigheid van geladen onzuiverheden te onderzoeken.Het belangrijkste voordeel van scanning tunneling microscopie ten opzichte van andere methoden, zoals hoekopgeloste foto-emissiespectroscopie, is dat het niet alleen een hoge energieresolutie heeft, maar ook een hoge ruimtelijke resolutie. Deze methode kan enkele fundamentele voorspellingen testen met betrekking tot het gedrag van sommige relativistische ladingsdragers in reactie op een reeks verstoringen, zoals de vorming van atomaire klasse-resonanties. Wanneer de effectieve kernlading van een ladingsonzuiverheid een bepaalde drempel overschrijdt, zullen personen die nieuw zijn met deze methode over het algemeen moeite hebben vanwege het aantal schijnbaar triviale maar belangrijke details die ontbreken in de relevante literatuur.Bovendien kan de interpretatie van de noodzakelijke karakteriseringen complex worden. Zo kan de interpretatie van Raman-spectroscopie bemoeilijkt worden door de aanwezigheid van defecten en onzuiverheden (dopantiën) op grafeen. Om te beginnen: polijst een stuk koperfolie elektrochemisch om het onbedekte koperoppervlak voor grafeengroei bloot te leggen zoals beschreven in het bijbehorende tekstprotocol, en plaats het kwartsscheepje met de elektrochemisch gepolijste koperfolie met behulp van een lange staaf in de kwartsbuis.Duw de boot in het midden van de oven en sluit het systeem af met KF-koppelingen. Trek het systeem vacuüm met een voorpomp en spoel het systeem vervolgens door met waterstofgas. Sluit de kap van de oven, verhoog de temperatuur tot 1050 °C met 200 standard cubic centimeters per minuut waterstof en houd deze temperatuur vervolgens vast om het monster twee uur lang te annealen onder dezelfde gasstroom.Koel af tot 1030 °C met dezelfde gasstroom. Laat vervolgens gedurende 10 minuten grafeen groeien met 40 SCCM methaan en 10 SCCM waterstof. Open direct na afloop van de groei de kap van de oven om het monster snel af te koelen tot kamertemperatuur, terwijl dezelfde gasstroom wordt gehandhaafd.Zodra de temperatuur lager is dan 100 °C, dient de gasstroom te worden stopgezet, de doseerklep gesloten en de pomp uitgeschakeld. Ventileer vervolgens het systeem met stikstofgas door de doseerklep tussen de gasleiding en de gascilinder langzaam te openen. Neem het monster uit en snijd de koperfolie in stukken met de gewenste afmetingen.Voer vervolgens mechanische exfoliatie uit van hexagonaal boornitride op een siliciumdioxidechip zoals beschreven in het bijbehorende tekstprotocol. Breng één druppel PMMA aan op de koperfolie met grafeen en spincoat de folie bij 3000 RPM gedurende 30 seconden. Laat de spin-gecoate koperfolie met een ijzer(III)chloride-bestendige lepel drijven op een oplossing van ijzer(III)chloride gedurende anderhalf minuut en breng deze vervolgens over naar een bad met ultrapuur water voor vijf minuten.Breng de folie vervolgens een minuut terug naar het waterige ijzer(III)chloride en daarna vijf minuten in een schoon bekerglas met ultrapuur water. Na vijf minuten wordt de folie opnieuw 15 minuten in het waterige ijzer(III)chloride geplaatst, waarna de film tweemaal vijf minuten wordt gespoeld in een schoon bekerglas met ultrapuur water, gevolgd door een spoeling van 30 minuten. Haal vervolgens het PMMA-grafeenmonster met de chip van hexagonaal boornitride en siliciumdioxide uit het verse ultrapure water.Plaats de chip 10 minuten op een warmteplaat bij 80 °C om water te verwijderen, en verhoog vervolgens de temperatuur naar 180 °C voor 15 minuten om de PMMA-film te ontspannen. Plaats de chip daarna overnacht in chloormethaan om de PMA-laag op te lossen.Zodra het PMMA is opgelost en het monster is behandeld in een mengsel van argon- en waterstofgas, wordt er een goud-titanium contactpad op het monster verdampt. Vervolgens wordt de gedeponeerde goud-titanium elektrode via wire-bonding verbonden met de massa en de silicium bulk met een gate-elektrode op de monsterhouder van de scanning tunneling microscoop. Raadpleeg voor deze stappen het bijbehorende tekstprotocol. Sputter het goud 1 1 1 monster gedurende vijf minuten met een argon-ionenbundel versneld tot 500 volt. Warm het monster daarna vijf minuten op de verwarmingstabel op tot 375 °C in een ultra-hoog vacuümkamer om het goudoppervlak te reinigen en vlak te maken.Plaats het goudmonster op de tafel van de scanning tunneling microscoop en benader het oppervlak met de microscooptip. Pas pulsen van 10 volt toe op de STM-tip totdat een goud 1 1 1 herringbone-reconstructie duidelijk zichtbaar is. Scan vervolgens het goud 1 1 1 oppervlak met een kader van 40 nanometer bij 40 nanometer om een schoon en vlak gebied te identificeren.Als het oppervlak een hoge dichtheid aan stapelranden vertoont, verplaats het scangebied dan naar een nieuw gebied. Laat de tip voorzichtig 0,4 tot 1,0 nanometer in een schoon gebied van het goud 1 1 1 oppervlak crashen. Schakel vervolgens de feedback uit en klik op de knop voor spectroscopie.Om een differentieeleidingsspectrum op te nemen, dient u de verkregen differentieeleidingscurve te controleren aan de hand van een standaard differentieeleidingsspectrum van goud 1 1 1. Controleer of de goud 1 1 1 oppervlaktetoestand aanwezig is in de differentieeleidingscurve en of het spectrum vrij is van enige afwijkende kenmerken. Zodra de tipvorm en het differentieeleidingsspectrum zijn geoptimaliseerd, wacht u 15 tot 30 minuten.Als de STM-tip onstabiel is, zal het spectrum tijdens dit tijdsinterval veranderen. Neem het spectrum opnieuw op op een andere locatie. Om te bevestigen of de STM-tip stabiel is, brengt u het grafeenapparaat over naar de scantafel van een scanning tunneling microscoop.Gebruik een optische microscoop met een groot gezichtsveld om de STM-tip en het grafeenapparaat te bekijken. Benader het monster nadat de tip en de betreffende vlok hexagonaal boornitride zijdelings zijn uitgelijnd. Begin met het scannen van een gebied van twee nanometer bij twee nanometer.Vergroot het scanvenster langzaam en verplaats naar een ander gebied als er een grote onzuiverheid wordt aangetroffen. Neem een differentieel conductantspectrum op en vergelijk dit met het standardspectrum op een grafeen hexagonaal boornitride-substraat. Als het spectrum niet vergelijkbaar is, kalibreer de tip dan opnieuw op een goud 1 1 1 oppervlak; scan meerdere gebieden om een indruk te krijgen van hoe vaak grote onzuiverheden met een hoogte van meer dan 100 TERs worden aangetroffen.Leid uit deze statistieken de zuiverheid van het monster af voordat het monster wordt samengesteld tot een back-gated device. Het grafeenoppervlak wordt gekenmerkt door een optische microscoop, ramanspectroscopie en een AFM. Een goed monster moet er schoon, continu, uniform en monolaags uitzien onder zowel de optische microscoop als AFM-beelden. Bovendien moet een goed monster een minimale D-piekintensiteit vertonen en een ratio van minder dan één op twee voor de G-piek ten opzichte van de 2D-piekintensiteit bij ramanspectroscopie. Hier wordt een Moiré-patroon getoond voor het grafeen op een hexagonaal boornitride-substraat, dat voortvloeit uit een mismatch in de roosterconstante van grafeen en hexagonaal boornitride.Zodra het sampleoppervlak is onderzocht, worden calciumionen afgezet op grafeen, waarvan de topografie hier te zien is. Tijdens het uitvoeren van deze procedure is het belangrijk om voorzichtig te zijn bij het wire-bonden. Anders raakt u uw diëlektrische laag beschadigd, wat stroomlekken veroorzaakt en uw sample ruïneert. Na het bekijken van deze video zou u een goed begrip moeten hebben van hoe u een gate-instelbaar grafeenapparaat kunt vervaardigen voor STM-studies met koelingsonzuiverheden.Daarnaast moet u begrijpen hoe u een STM-tip kalibreert en de conditie van het oppervlak van het apparaat onderzoekt. Vergeet niet dat het werken met brandbare gassen onder extreem hete omstandigheden zeer gevaarlijk kan zijn zonder een goede vacuümafdichting tijdens het CVD-proces, en dat voorzorgsmaatregelen, zoals het bewaken van de vacuümdruk en het controleren van de kwartsbuis tijdens het proces, altijd moeten worden genomen.

fabrication-gate-tunable-graphene-devices-for-scanning-tunneling

Research

JoVE Journal

Engineering

Techniek

We beschrijven het apparaat fabricage en meetprotocol voor koolstof nanobuis gebaseerde hoge frequentie biosensoren. De hoge frequentie sensing techniek vermindert de fundamentele ionische (Debye) screening effect en laat nanobuis biosensor in hoge ionische sterkte oplossingen waar conventionele elektronische biosensoren niet worden bediend. Onze technologie biedt een uniek platform voor point-of-care (POC) elektronische biosensoren die in fysiologisch relevante omstandigheden.

Fabricage van koolstof nanobuis High-Frequency Nano-elektronische biosensoren voor Sensing in High Ionic Strength Solutions

Dit document presenteert een gedetailleerde fabricage protocol voor gate-gedefinieerde halfgeleider laterale quantum dots op galliumarsenide heterostructuren. Deze nanoschaal apparaten worden gebruikt om enkele elektronen vangen voor gebruik als quantum bits in quantum information processing of voor andere mesoscopic experimenten zoals coherent geleidingsmetingen.

Nanofabricage van Gate-gedefinieerde GaAs / AlGaAs Lateral Quantum Dots

Scanning-probe single-electron capaciteit spectroscopie vergemakkelijkt de studie van single-elektron beweging in gelokaliseerde ondergrond regio. Een gevoelige charge-detectieschakeling wordt opgenomen in een cryogene scanning probe microscoop kleine systemen doteringsatomen onderzoeken onder de oppervlakte van halfgeleider monsters.

Scanning-probe Single-electron Capaciteit Spectroscopie

Het fabricageproces en experimentele karakteriseringstechnieken die relevant zijn voor enkele-elektronpompen op basis van silicium metaal-oxide-halfgeleider kwantumdots worden besproken.

Silicon metaal-oxide-halfgeleider Quantum Dots voor Single-electron Pumping

We beschrijven de methodologie van mechanische exfoliatie en depositie van vlokken van nieuwe materialen met micrometergrootte op een substraat, fabricage van experimentele apparaatstructuren voor transportexperimenten, en de magnetotransportmeting in een droge helium gesloten-cyclus cryostat bij temperaturen tot 0,300 K en magnetische velden tot 12 T.

Geavanceerde experimentele methoden voor lage-temperatuur magnetotransport Meting van nieuwe materialen

We tonen een all-elektronische methode om te observeren nanosecond-resolved gratis dynamiek van dopering atomen in silicium met een scanning tunneling microscoop.

All-elektronische Nanosecond-resolved Scanning Tunneling microscopie: Vergemakkelijken van het onderzoek van één dopering gratis Dynamics

Hier presenteren we een protocol om te controleren het verbindingsnummer in vaste stoffen met behulp van de elektrolyt.

Elektrische-veldbesturingselement van elektronische Staten in WS2 nanoapparaten door het elektrolyt Gating

Quantum integrated circuits (QICs) bestaande uit array van planaire en ballistische Josephson-kruisingen (JJs) op basis van0,75ga0,25als tweedimensionaal ELEKTRONEN gas (2deg) wordt gedemonstreerd. Twee verschillende methoden voor de fabricage van de tweedimensionale (2D) JJs en QICs worden besproken, gevolgd door de demonstratie van Quantum Transport metingen in sub-Kelvin temperaturen.

Schaalbare Quantum geïntegreerde schakelingen op supergeleidend tweedimensionaal elektronen Gasplatform

Een combinatie van oplossings- en oppervlakte-ondersteunde synthese opent nieuwe richtingen in de atomair nauwkeurige synthese van nanostructuren. De aftastentunneling microscopie (STM) die door contactloze atoomkrachtmicroscopie (nc-AFM) wordt aangevuld maakt gedetailleerde karakterisering van nieuw ontworpen en gegenereerde op koolstof gebaseerde nano-voorwerpen mogelijk.

Microscopische visualisatie van poreuze nanografenen gesynthetiseerd door een combinatie van oplossings- en oppervlaktechemie

Het huidige protocol demonstreert de ontwikkeling van elektrolyt-gated grafeen veldeffect transistor (EGGFET) biosensor en de toepassing ervan in biomarker immunoglobuline G (IgG) detectie.

Ontwikkeling en functionalisering van elektrolyt-gated grafeen veldeffecttransistor voor biomarkerdetectie

Dit artikel presenteert een geoptimaliseerd, op ervaring gebaseerd protocol voor het vervaardigen van hoogwaardige op grafeen gebaseerde moiré-superroosterapparaten met nauwkeurige draaihoeken, met behulp van een aangepaste droge overdrachtstechniek op basis van een zeer afstembare, op maat gemaakte overdrachtsopstelling.

Geoptimaliseerde fabricageprocedure voor hoogwaardige Moiré Superlattice-apparaten op basis van grafeen

Leer de fabricage van gate-afstembare grafeeninrichtingen met Coulomb-verontreinigingen voor scanning tunneling microscopy. Deze methode onderzoekt de elektronische structuur van grafeen en het gedrag van geladen deeltjes.

Fabricage van Gate-afstembare Grafeen Inrichtingen voor Scanning Tunneling Microscopy Studies met Coulomb Verontreinigingen

Meer video's verkennen