Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.

Методическая статья

Изготовление ворот-перестраиваемых графена устройств для сканирующей туннельной микроскопии исследований с кулоновских примесей

15K просмотров

⸱

DOI:

10.3791/52711

⸱

24 июля 2015 г.

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Physics, University of California at Berkeley, 2Department of Chemistry, University of California at Berkeley, 3Department of Chemical and Biomolecular Engineering, University of California at Berkeley, 4National Institute for Materials Science (Japan), 5Materials Sciences Division, Lawrence Berkeley National Laboratory, 6Kavli Energy NanoSciences Institute, University of California at Berkeley and Lawrence Berkeley National Laboratory

В этой статье

Краткое содержание

В этой статье подробно описывается процесс изготовления графенового устройства с перестраиваемым затвором, украшенного кулоновскими примесями для исследований сканирующей туннельной микроскопии. Картирование пространственно-зависимой электронной структуры графена в присутствии заряженных примесей раскрывает уникальное поведение его релятивистских носителей заряда в ответ на локальный кулоновский потенциал.

Аннотация

Благодаря своим релятивистских носителей заряда с низким уровнем энергии, взаимодействие между графена и различных примесей приводит к богатству новой физики и степеней свободы для управления электронными устройствами. В частности, поведение носителей заряда графена в ответ на потенциалов от заряженных примесей кулоновских, по прогнозам, значительно отличаются от большинства материалов. Сканирующей туннельной микроскопии (СТМ) и сканирующей туннельной спектроскопии (СТС) может предоставить подробную информацию как о пространственной и энергетической зависимости электронной структуры графена в присутствии заряженной примеси. Дизайн гибридного примесей-графен устройства, изготовленных с использованием контролируемого осаждения примесей на задней закрытого поверхности графена, позволило несколько новых методов для электронных свойств контролируемого Тюнинг графена. 1-8 Электростатический стробирования позволяет контролировать плотность носителей заряда в графене и способность REVERSIБлай настроить заряд 2 и / или молекулярные 5 состояний примеси. Эта статья описывает процесс изготовления ворот с перестраиваемой графена устройства украшен отдельных примесей кулоновских для комбинированных СТМ / СТС исследования. 2-5 Эти исследования дают ценные идеи в основную физики, а также указания для проектирования гибридных графеновых устройств.

Введение

Графен представляет собой двумерную материал с уникальной линейной зонной структуры, что приводит к его исключительных электрических, оптических и механических свойств. 1,9-16 Его носители заряда с низким потреблением энергии описываются как релятивистских, безмассовых фермионов Дирака 15, чьи поведение существенно отличается от нерелятивистской носителей заряда в традиционных системах. 15-18 Контролируемые осаждение различных примесей на графене обеспечивает простой, но универсальную платформу для экспериментальных исследований реакции этих релятивистских носителей заряда в диапазоне возмущений. Исследования таких систем показывает, что графен примеси могут переложить химический потенциал 6,7, изменять эффективную диэлектрическую постоянную 8, и, возможно, приведет к электронным опосредованной сверхпроводимости 9. Многие из этих исследований 6-8 Наймите электростатического стробирования в качестве средства для настройки свойств гибридного impuritу-графен устройство. Электростатический стробирования может сдвинуть электронную структуру материала по отношению к уровню Ферми без гистерезиса. 2-5 Кроме того, путем настройки заряда 2 или молекулярный 5 состояния таких примесей, электростатической стробирования может обратимо изменять свойства гибридной примесей-графена Устройство.

Back-гейт графена устройство обеспечивает идеальную систему для расследования сканирующей туннельной микроскопии (СТМ). Сканирующий туннельный микроскоп состоит из острым металлическим наконечником, состоявшейся несколько ангстрем от проводящей поверхности. Применяя уклон между зондом и поверхностью, электроны туннеля между ними. В наиболее общем режиме, режиме постоянного тока, можно сопоставить топографию поверхности образца Растровое сканирование наконечник вперед и назад. Кроме того, местные электронная структура образца может быть изучен путем исследования дифференциальной проводимости DI / DV спектра, которая пропорциональна локальной деnsity государств (ЛПС). Это измерение часто называют сканирующей туннельной спектроскопии (STS). По отдельности контроля смещения и обратно затвором напряжения, ответ графена примесей могут быть изучены с помощью анализа поведения этих спектров DI / DV. 2-5

В этом докладе, изготовление задней закрытого графена устройства, украшенной кулоновских примесей (например, заряженные атомы Ca) изложена. Устройство состоит из элементов в следующем порядке (сверху вниз): адатомов кальция и кластеров, графена, гексагонального нитрида бора (ч-BN), диоксид кремния (SiO 2), и объемного кремния (рис 1). ч-BN является изолирующая тонкая пленка, которая обеспечивает атомно плоский и электрически однородной подложки для графена. 19-21 ч-BN и SiO 2 акт в качестве диэлектрика и основная Si служит задней ворот.

Для изготовления устройства, графен впервые вырос на electrocheрифмически полированной меди фольги 22,23, который действует в качестве чистого каталитической поверхности для химического осаждения из паровой фазы (CVD) 22-25 графена. В роста сердечно-сосудистых заболеваний, метан (СН 4) и водород (Н 2) газы-предшественники подвергаются пиролизу с образованием доменов графеновыми кристаллов на фольге Cu. Эти домены растут и в конце концов сливаются, образуя поликристаллического листа графена. 25 результате графен переносится на целевой подложке, / SiO 2 ч чип-BN (полученного с помощью механического пилинга 19-21 ч-BN на SiO 2 с / Si (100) чип), с помощью поли (метилметакрилат) (ПММА) передачи. 26-28 В передаче ПММА, графен на Cu сначала спин-покрыта слоем ПММА. ПММА / графен / образец Cu то плавает на решение травильного (например, FeCl 3 (ая) 28), который разъедает прочь Cu. Непрореагировавший образец ПММА / графен ловили с чипом ч-BN / SiO 2 и впоследствииочистке в органическом растворителе (например, CH 2 Cl 2) и Ar / Н 2 среда 29,30, чтобы удалить слой ПММА. Полученную графен / ч-BN / SiO 2 / Si Затем образец проволоки соединены с электрическими контактами на сверхвысоком вакууме-(СВВ) образца плиты и отжигают в камере сверхвысокого вакуума. Наконец, графен устройство на хранение в месте с кулоновских примесей (например, заряженные атомы Ca) и изучены СТМ. 2-5

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Протокол

1. Электрохимический Полировка Cu фольги 22,23

Примечание: Электрохимическое полирование подвергает обнаженной поверхности Cu роста графеновом удалением защитной поверхности покрытия и контролирует плотность семян роста.

  1. Готовят раствор электрохимической полировки путем смешивания 100 мл сверхчистой воды, 50 мл этанола, 50 мл фосфорной кислоты, 10 мл изопропанола и 1 г мочевины.
  2. Вырезать Cu фольгу на несколько см 3 на 3 см пленки. Примечание: В каждом из фольги служит либо в качестве анода или катода.
  3. Установите анодный / катод, закрепляя фольгу Cu вертикально с держателем и подключения его к соответствующему разъему питания.
    Примечание: анод (положительный полюс) будет электрохимически полированный для роста графена.
  4. Перед началом полировки, установить постоянное напряжение 4,8 V в источнике питания.
  5. Включите питание, как только в качестве анода и катода одновременно погружают в electrochemiкал полировки решение. Отделите электродов около 2 см. Убедитесь, что результирующий ток между 1-2 А.
  6. Стоп электрохимической полировки после 2 мин путем выключения питания. Выньте анод и немедленно промыть его отдельно с ультра-чистой воды, ацетона и изопропанола.
  7. Сушить промыть Cu фольгу с N 2 газа и хранить его в сухом контейнере.

2. химического осаждения паров (CVD) из графена на медной фольге 22-25

  1. Поместите кварцевую трубку в CVD печи и соединить трубу с остальной частью газовой линии с KF арматуры.
  2. Поместите электрохимически полированный Cu фольгу в верхней части кварцевую лодочку. Использование длинный стержень, нажать кварцевую лодочку в кварцевую трубку до тех пор, пока пленка Cu помещается в центре CVD печи. Приложите систему с KF арматуры.
  3. Откачка системы с черновой насоса. Продуйте систему H 2.
  4. Нарастить температуру до 10506; С с 200 SCCM Н 2. Отжиг при 1050 ° С с тем же потоком газа в течение 2 часов.
    Примечание: Температура измеряется с помощью встроенного типа K термопары в трубчатой ​​печи.
  5. Охладить до 1030 ° С с той же газового потока. Растут графена в течение 10 мин с 40 SCCM CH 4 и 10 SCCM H 2.
  6. Как только рост закончится, открыть капот печи быстро остыть ущерба. Имейте же поток газа.
  7. После того, как температура ниже 100 ° C, выключите подачу газа.
  8. Выключите насос. Удалить воздух из системы с N 2 газа, медленно открывая дозирующий клапан между газовой линии и газовой цилиндра N 2.
  9. Выньте образец. Вырезать фольги Cu на куски требуемых размеров.
  10. Хранить образцы в сухом контейнере внутри эксикаторе.

3. Механическая Пилинг 19-21 ч-BN на ± 2 SiO Chip

  1. Очистите чип в SiO 2. Примечание: SЮ 2 чип состоит из примерно 285 нм SiO 2 слоя на вершине массы Si.
    1. Вырезать SiO 2 пластины в 1 см на 1 см чипов с использованием алмазного писца.
    2. Промойте чип SiO 2 с воды и изопропанола. Держите SiO 2 поверхности, покрытой водой / изопропанола после каждого полоскания.
    3. Поместите чип SiO 2 на спин нанесения покрытий для удаления жидкости с ее поверхности. Спин чип с 3000 оборотов в минуту в течение 15 сек.
    4. Проверка чистоты чипа под оптическим микроскопом с установкой темнопольном. Примечание: В обстановке темного поля, твердые примеси появляются как яркие частицы.
  2. Поместите чистую SiO 2 чип, пилинг ленту, и ч-BN кристалл на чистый стол с помощью оптического микроскопа.
  3. Подготовьте две полоски ленты: родительский ленты и второй ленты. Место и на столе со своими липкими сторонами до. Поместите кристалл ч-BN на липкой стороне материнской ленты.
  4. Поместите STicky сторона второй ленты над H-BN кристалла на материнской ленты (так, чтобы липкие стороны второго и родительских лент соприкасаются). Натрите на кристалл осторожно, чтобы удалить пойманные в ловушку воздушные пузыри.
  5. Кожица второй ленту с отслаивается кристалл ч-BN на второй ленте. Храните родительский ленту для использования в будущем.
  6. Сложите второй ленты на себя, мягко втереть по кристаллу, и снимите пленку. Повторите этот процесс в 10 раз, складывая второй ленты так, чтобы кристаллы H-BN передаются свежий области второго ленты каждый раз.
  7. Поместите чистую SiO 2 чип под микроскопом. Придерживайтесь область второй ленты, содержащей кристалл ч-BN на чипе SiO 2. Убедитесь, что лента также придерживается микроскопа стенда для обеспечения чип в ходе предстоящего этапа пилинга.
  8. Медленно снимите пленку, мониторинг процесса под микроскопом. Как лента почти снимают, использовать пинцет, чтобы удерживать SiO 2 чип на месте. Примечание: Пилинг слишком быстро приведет к менее ч-BN хлопьев на чипе.
  9. После того, как лента снята, поместите чип внутри CVD печи. Отжиг чип на воздухе при 500 ° С в течение 2 ч.

4. Поли (метилметакрилат) (ПММА) 26-28 Перенос графена на час-BN / SiO 2

  1. Положите одну каплю ПММА (A4) на графене / Cu / графена фольги. Спин-пальто фольга с 3000 оборотов в минуту 30 сек. Примечание: В FeCl 3 (водный) разъедает прочь слой Cu в течение предстоящего этапа травления, задняя графен будет падать, а / слой графена ПММА останется непрореагировавший (Рисунок 2).
  2. Использование устойчивый ложку FeCl 3, пусть спин-покрытием Cu фольги поплавок на следующих решений в следующем порядке: 1,5 мин на FeCl 3 (водн), 5 мин ультра-чистой воды, 1 мин FeCl 3 (водный), 5 мин ультра-чистой воды, 15 мин на FeCl 3 (водный), 5 мин на ультра-чистой воды, 5 мин на ультра-чистого водоснаг, и 30 мин ультра-чистой воды. Подготовка каждого ванну воды сверхчистых в отдельном стакане.
  3. Рыба ПММА / графена образца с 2 чипа ч-BN / SiO. Поместите его на горячей плите при 80 ° С в течение 10 мин для удаления воды и при 180 ° С в течение 15 мин для отдыха 27 пленки ПММА.
  4. Поместите / графена / ч-BN / SiO 2 чип ПММА в CH 2 Cl 2 O / N, чтобы растворить ПММА слой.

5. Ar / Н 2 отжига 29,30

  1. Поместите кварцевую трубку на CVD печи и соединить трубу с остальной частью газовой линии с KF арматуры.
  2. Поместите графена / BN / SiO 2 чип на кварцевую лодочку. Использование длинный стержень, нажать кварцевую лодочку в кварцевую трубку, пока чип не помещается в центре CVD печи. Приложите систему с KF арматуры.
  3. Откачка системы с черновой насоса. Продуйте систему H 2 и Ar.
  4. Создайте давление до 1 атм 100 SCсм Н 2 и 200 SCCM Ar дозирующим клапаном. Как только давление достигает 1 атм, регулировать размер апертуры дозирующего клапана, чтобы стабилизировать давление при 1 атм.
  5. Разгон температуру до 350 ° С и отжига в течение 5 ч с тем же газового потока.
  6. Охладить до комнатной температуры с той же газового потока.
  7. После того, как температура ниже 100 ° C, выключите подачу газа. Закройте все клапаны.
  8. Выключите насос. Удалить воздух из системы с N 2 газа, медленно открывая дозирующий клапан между газовой линии и газовой цилиндра N 2.
  9. Выньте образец. Проверьте количество слоев графена и уровень дефекта с спектроскопии комбинационного рассеяния света 32. Проверьте его чистоту / единообразия при оптическом микроскопе. Сканирование нескольких областях, которые появляются в чистоте под оптическим микроскопом с атомно-силового микроскопа (АСМ), чтобы гарантировать, что образец появляется чистый / форму на небольшом масштабе длины (<500 нм), а также.
  10. Храните его в сухом контейнере внутриэксикатор.

6. Сборка ворота перестраиваемого Графен устройство для измерения STM 2-5

  1. Выпарить по 50 мкм 50 мкм Au / Ti контактную площадку на Ar / H 2 -annealed CVD графена / ч-BN / SiO 2 образца.
    1. Лента образец на сцену на вершине микроманипулятора.
    2. В то время как мониторинг с помощью оптического микроскопа, выравнивание трафарета маски с использованием графена микроманипулятора так что контакт Au / Ti будут депонированы вблизи области, представляющей интерес, без покрытия поверхности.
    3. Передача образца с трафарета маски с электронно-лучевой испаритель. Выпаривают 10 нм Ti на 3 а / сек. Засыпать слой Ti путем выпаривания 30-50 нм Au на 3 а / сек в той же сессии испарения, не нарушая вакуума. Примечание: В качестве альтернативы, 1 нм Cr является хорошей заменой для 10 нм Ti.
    4. Передача образца с трафарета маски обратно в микроманипулятора для удаления сцену.
  2. Гора образец на ультра-высокого вакуума (СВВ) образца пластины.
    1. Место тонкий кусок сапфира на пластины образца СВВ. Примечание: сапфир выступает в качестве изолирующего слоя, который предотвращает электрический контакт между землей и Si СТМ. Кроме того, сапфир является отличным проводником тепла с целью выборки отжига.
    2. Поместите образец на верхней части сапфира. Поместите еще один тонкий кусок сапфира на образце. Убедитесь, что сапфир не покрывают поверхность графена.
    3. Закрепите структуру сапфир / образец / сапфир с металлическим зажимом. Убедитесь, что вся структура является жесткой, либо он будет вибрировать внутри СТМ.
  3. Провод-облигаций образца пластины терминалы СВВ присваивать контактам на графеновой устройства. Примечание: Осажденные Au / Ti электродов проволоки соединены с землей, а основная си проволоки соединен с электродом затвора (фиг.1).
    1. Поместите образец на установленный заземленной стадии провод-соединения.
    2. Определить местоположение контактов Au / Ti с помощью оптического микроскопа.
    3. Включите проволочной-тычковых. Если провод-тычковый пневматический, включите N 2 газа. Установите провод-связующие вещества, чтобы сделать две связи.
    4. Использование проволоки сцепления руку, поместить кончик проволоки для скрепления на вершине соответствующего терминала на образце пластины СВВ. Перемещение вниз и плавно нажмите кончик проволоки для скрепления на терминал до проволоки полуторный не означает, что склеивание закончено.
    5. Автор провод к контакту Аи / Ti на графеновой устройства. Перемещение вниз и плавно нажмите кончик проволоки для скрепления на контакт Au / Ti до проволоки полуторный не означает, что склеивание закончено.
    6. Используйте алмазный писца, чтобы соскоблить некоторые SiO 2 на краю чипа SiO 2 подвергать Si, который будет использоваться в качестве резервного ворот. Повторите процесс с двумя сцепления для открытой Si.
    7. Вставьте образец в СВВ (10 -10 Торр) Подготовка камеры и отжига проволоки связями гraphene устройство около 300 ° С. Передача устройство к камере STM.
      Примечание: графен устройство должно быть отжигали до его поверхность не кажется чистой под СТМ (см 8 Протокола).. Время отжига будет варьироваться в зависимости от чистоты исходного устройства.

7. СТМ Калибровка на Au (111) поверхности 31

  1. Отжиг / распыления в Au (111) образец на стадии нагревателя в камере сверхвысокого вакуума для очистки / сгладить поверхность Au. Отжиг в течение 5 мин при 375 ° С, и брызгать слюной в течение 5 мин с Ar + пучок, ускоренный до 500 В. Передача Au (111) образец в стадии сканирования СТМ.
  2. Подойдите к Au (111) поверхности с СТМ. Применить 10 V импульсы на СТМ до достижения Au (111) реконструкции елочкой четко виден.
  3. Калибровка наконечник, регулируя форму наконечника и сравнения дифференциальная проводимость DI / DV спектр стандартной Au (111) DI / DV спектра. 31
    1. Сканирование Au (111) поверхности с 40 нм на 40 нм кадра, чтобы определить чистую плоскую поверхность /. Если поверхность имеет высокую плотность краях ступеней, перейти к новой области для сканирования.
    2. Аккуратно разбить иглы СТМ 0,4 до 1,0 нм в чистой области поверхности (111) Au; это контролируется грохот называют кнопки "тыкать". Выключите обратной связи и нажмите "Принять" спектроскопия принять спектр DI / DV с помощью блокировки в на текущий ответ переменного тока, модулированного напряжения (6 мВ и 613,7 Гц) добавлен в смещении наконечника.
      Примечание: После того, как переменного модулированного напряжения (6 мВ и 613,7 Гц) обеспечивается на кончике, в результате туннельного тока идет в усилитель блокировки в, который изолирует компонент тока с той же частотой и возвращает сигнал DI / DV. По записи этого сигнала в качестве смещения образца прокатилась от -1.0 до 1.0 В, ди / DV спектр генерируется. Потому что это спектроскопии программа домашний написано, инструкция для принятияспектроскопии будет различаться в зависимости от программы.
    3. Проверьте полученный DI / DV кривую против стандартной Au (111) DI / DV спектр (рис 4). Убедитесь, что Аи (111) Государство присутствует в / DV кривой DI и спектр отсутствует любой аномальной функции. Если измеренная кривая Di / DV не является приемлемым, повторите тыкают в шаге 7.3.2 до кривой DI / DV выглядит так, как показано на рисунке 4.
    4. После того, как форма наконечника и ди / DV спектра оптимизированы, подождите от 15 до 30 мин; если игла СТМ является неустойчивым, ди / DV спектр будет меняться в течение этого интервала времени. Пересдача спектр DI / DV в другом месте, чтобы подтвердить, действительно ли игла СТМ стабильно или нет.
    5. Повторите тыкают в шаге 7.3.2, если DI / DV кривая изменилась. Продолжить сканирование графена, если DI / DV кривая остается неизменной.

8. Сканирование Графен

  1. Трansfer графена устройство к стадии сканирования СТМ.
  2. Используйте междугородный оптический микроскоп, чтобы увидеть кончик СТМ и графена устройства. После согласования с боков наконечник и ч-BN хлопья интересов, подойти к графена.
  3. Начните сканирование 2 нм на 2 нм области. Медленно увеличить окно сканирования до 5 нм до 5 нм, 10 нм, 10 нм, 15 нм до 15 нм, 20 нм, 20 нм и т.д.. Если большая примесь (> 100 мкм в высоту) встречается, снять наконечник и перейти в другую область.
  4. Возьмите спектр DI / DV и сравнить со стандартной Di / DV спектра на графеновой / ч-BN подложки (см. 21). Если спектр не сопоставимы, калибровки наконечник на Аи (111) поверхности (см. 7 Протокола).
  5. Сканирование нескольких областях, чтобы получить представление о том, как часто большая примесь (> 100 мкм в высоту) встречается. На основе этих статистических, вывести чистоту образца.

9. депонированием кулоновские Примеси на графеновых Surfacе 2-4

  1. Получить источник Ca. Калибровка испарение атомов Са с помощью анализатора остаточного газа (RGA) и кристалла кварца (МККМ) в испытательной камере сверхвысокого вакуума. Примечание: РГА оценивает чистоту Ca месторождения, а QCM измеряет скорость осаждения Ca.
    1. Запуск ток через источник кальция.
    2. Увеличьте ток до парциального давления Ca 10 -10 Торр обнаружен в масс-спектре РГА. Будьте в курсе о том, что Са и Ar имеют одинаковую массу и, следовательно, неразличимы в РГА.
    3. Измерьте скорость осаждения Ca (слой / сек) с QCM.
      1. Ввод плотности (например, 1,55 г / см 3 для Ca иона) месторождения преобразовать значение сдвига частоты осаждением скорость.
      2. Монитор скорости осаждения для QCM читает скорость осаждения в / с; преобразовать это слой / сек, предполагая, что толщина монослоя равна ионной диаметра (например, 0,228 Å для Са ионов) Месторождения.
    4. Определить оптимальный ток, регулируя ток до монитор скорость осаждения не указывает требуемую скорость осаждения (например, 3,33 х 10 -5 слой / сек).
  2. Учитывая скорость осаждения (например, 3,33 х 10 -5 слой / сек) на шаге 9.1.3, рассчитать время (в секундах) при сдаче на хранение требуемого количества (например, 0,01 монослоя) ок В STM, хранение Ca на Cu (100) поверхности в месте с оптимальной настройке тока от шага 9.1.3. Проверьте освещение и чистота Са пост осаждения Cu (100) с STM (см шаг 8,5); калибровки текущую настройку, пока Cu (100) условие, при STM не появится, как ожидалось.
    Примечание: осаждения параметры оптимизированы на Cu (100) первого свести к минимуму риск загрязнения графена устройство с плохо контролируемой осаждения.
  3. Передача графена устройство к СТМ для осаждения месте в4 К.
  4. Депозит заряженные атомы Ca на поверхности графена.
    1. Перед сдачи Ca графена, outgass источник Ca. Медленно увеличивайте ток на источник на 0,25 A каждый 5-10 мин, пока требуемый ток в шаге 9.2 не будет достигнута. Закрыть затвор между графена и источника кальция для предотвращения загрязнений обезгажены от достижения графена.
    2. Пусть поток испарения стабилизироваться в течение 20 мин перед открытием затвора.
    3. Откройте затвор и депозит желательно (например, 0,01 монослоя) количество Са ионов на поверхности графена. Убедитесь, что графен устройство имеет линии прямой видимости с источником Са. Убедитесь, что игла СТМ находится вне линии прямой видимости источника Ca, чтобы предотвратить атомов Са от прилипания к СТМ.
  5. Проверьте освещение Ca и чистоту после осаждения поверхности графена с STM (см Шаг 8.5). Обратитесь к работе. 2, 3 и 4 для дальнейшей протокола исследования кулоновских примесей на графене.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Результаты

На фиг.1 показана схема задней закрытого графеновом устройства. Провод-склеивания Au / Ti контакт в СВВ образец пластина оснований графена электрически, в то время как провод-склеивание Si основная к электроду, который подключается к внешней цепи обратные ворота устройств. По-обратно стробирования устройство, заряд состояние примеси кулоновского на данном образце смещения (который управляется с помощью СТМ) могут быть настроены в другое состояние заряда. 2-4

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Обсуждение

Для СТМ характеристики, критические цели изготовления графена устройства включают в себя: 1) растет монослоя графена с минимальным количеством дефектов, 2) получение большой, чистый, однородный, и непрерывную поверхность графена, 3) монтаж графена устройство с высоким сопротивлением между графен и ворота (то есть, нет "утечки ворота"), и 4) нанесение отдельных примесей Кулона.

Первая цель регулируется в процессе CVD, в течение которого графен растет на фольге Cu. Хотя суще...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Раскрытие информации

Авторам нечего раскрывать.

Благодарности

Наше исследование было поддержано директором Управления науки, Управление основной энергии наук департамента США программы sp2 энергии в соответствии с контрактом нет. DE-AC02-05CH11231 (разработка приборов СТМ и интеграция устройства); не Управление военно-морских исследований (характеристика устройства), и NSF награду нет. CMMI-1235361 (DI / DV томография). Данные СТМ были проанализированы и визуализируется с помощью WSxM программного обеспечения. 33 DW и AJB были поддержаны министерством обороны (DoD) через Национальный научный и инженерно обороны Высшее общество (NDSEG) Программы, 32 CFR 168а.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
Медная фольгаAlfa AesarCAS # 7440-50-8
Лот # F22X029
Артикул # 13382		99.8% Cu
Scotch Magic TapeScotch®Н/Ддля отшелушивания hBN
PMMAMicro ChemM23004 0500L 1GLA4
FeCl3 стойкая ложкаBel-Art ScienceWare367300015двусторонняя химическая ложка с покрытием из ПТФЭ, длина 15 см FeCl
3 (aq)Ricca Chemical3127-1640% w/v
SiO2/Si(100) ChipNOVA Electric МатериалыHS39626-OXn/a
h-BNK. Watanabe and T. Taniguchi GroupСвязаться с группойгексагональные японские BN (JBN)
Au(111)Agilent TechnologiesN9805B-FGAu(111) эпитаксиально выращенные на слюде
SapphirePrecision Ferrites & Компания Ceramic, Inc.Связаться с поставщикомP/N Sapphire Chips
0.22 x 0.125 x 0.015"
Ca источникTrace Sciences International Corp.AS-3-CA-5-Sн/д
Cu(100)Принстон Научныйконтакт поставщикCu(100) монокристалл
МетанPraxair, Inc.ME 5.0RS-KПрекурсор роста графена газ
HydrogenPraxair, Inc.HY 6.0RS-KПрекурсор роста графена газ

Ссылки

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

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Перепечатки и разрешения

Теги

Изготовление ворот-перестраиваемых графена устройств для сканирующей туннельной микроскопии исследований с кулоновских примесей
Свяжитесь с нами
Рекомендовать библиотеке

Конфиденциальность

Условия эксплуатации

Политика

Авторские права © 2026 MyJoVE Corporation. Все права защищены.