Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Engineering
Click here for the English version

Engineering

تلفيق بوابة الانضباطي الجرافين أجهزة لمسح حفر نفق المجهر الدراسات مع كولوم الشوائب

Published: July 24, 2015 doi: 10.3791/52711
Automatic Translation
1,2, 1, 1, 1, 1, 1,3, 1, 1, 1, 1, 1, 4, 4, 1,5,6, 1,5,6, 1,5,6
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

Abstract

بسبب النسبية حامله تهمة منخفضة الطاقة، والتفاعل بين الجرافين والشوائب المختلفة يؤدي إلى ثروة من الفيزياء ودرجات الحرية للسيطرة على الأجهزة الإلكترونية الجديدة. على وجه الخصوص، وتوقع سلوك حاملات الشحنة الجرافين ردا على إمكانات من الشوائب كولوم اتهم تختلف كثيرا عن أن معظم المواد. المجهر النفقي الماسح (STM) والتحليل الطيفي المسح النفقي (STS) يمكن أن توفر معلومات تفصيلية عن كل من الاعتماد المكاني والطاقة في هيكل الجرافين الإلكترونية في وجود النجاسة المشحونة. تصميم جهاز النجاسة الجرافين الهجين، ملفقة باستخدام ترسب رقابة من الشوائب على سطح الجرافين بوابات الظهر، وقد مكن العديد من الطرق المبتكرة للعقارات ضبط controllably الجرافين الإلكترونية. 1-8 كهرباء النابضة يمكن السيطرة على كثافة الناقل مسؤولا في الجرافين والقدرة على ريفيرسيضبط بلاي التهمة 2 و / أو الجزيئية 5 دول من الشوائب. وتحدد هذه الورقة عملية تصنيع جهاز الجرافين بوابة الانضباطي مزينة الشوائب كولوم الفردية جنبا إلى جنب STM / STS الدراسات. وتقدم 2-5 هذه الدراسات معلومات قيمة حول الفيزياء الأساسية، فضلا عن معالم لتصميم الأجهزة الجرافين الهجينة.

Introduction

الجرافين هو مادة ثنائي الأبعاد مع هيكل الفرقة خطية فريدة من نوعها، مما يثير خصائصه الكهربائية والضوئية والميكانيكية استثنائية. 1،9-16 تم وصفها لها حاملات الشحنة منخفضة الطاقة كما النسبية، عديمة الكتلة الفرميونات ديراك 15، الذي يختلف السلوك بشكل كبير عن تلك التي حاملات الشحنة غير النسبية في النظم التقليدية. 15-18 ترسب التحكم لمجموعة متنوعة من الشوائب على الجرافين يوفر منصة بسيطة ولكنها تنوعا للدراسات التجريبية للاستجابة لهذه حاملات الشحنة النسبية لمجموعة من الاضطرابات. التحقيقات في مثل هذه الأنظمة تكشف عن أن الشوائب الجرافين يمكن أن يحول المحتملين 6،7 الكيميائية، تغيير فعال ثابت العزل الكهربائي 8، وربما يؤدي إلى الموصلية الفائقة بوساطة إلكترونيا 9. العديد من هذه الدراسات 6-8 توظيف النابضة الكهربائي كوسيلة لضبط خصائص impurit الهجينذ الجرافين الجهاز. النابضة كهرباء يمكن أن تحول هيكل الالكترونية من مادة فيما يتعلق مستوى فيرمي من دون التباطؤ 2-5 وعلاوة على ذلك، من خلال ضبط هذه التهمة 2 أو الجزيئي 5 دول من تلك الشوائب، ويمكن النابضة كهرباء تعديل عكسية خصائص الهجين نجاسة الجرافين الجهاز.

العودة النابضة جهاز الجرافين يوفر نظاما مثاليا للتحقيق من قبل المجهر النفقي الماسح (STM). يتكون المجهر النفقي الماسح من طرف معدنية حادة عقدت بضع انغستروم بعيدا عن سطح موصل. من خلال تطبيق التحيز بين طرف والسطح، والإلكترونات نفق بين البلدين. في الوضع الأكثر شيوعا، ووضع الحالي مستمر، ويمكن للمرء أن خريطة تضاريس سطح العينة من طرف ذهابا وإيابا مسح النقطية. بالإضافة إلى ذلك، فإن هيكل الالكترونية المحلية من العينة يمكن دراستها من خلال دراسة فارق تصرف دي / DV الطيف، الذي يتناسب مع دي المحليnsity الدول (LDOS). وغالبا ما يطلق على هذا القياس الطيفي المسح النفقي (STS). من خلال التحكم بشكل منفصل التحيز والعودة البوابة الفولتية، واستجابة من الجرافين لشوائب يمكن دراستها من خلال تحليل سلوك هذه DI / DV الأطياف. 2-5

في هذا التقرير، وتصنيع جهاز الجرافين بوابات الظهر مزينة الشوائب كولوم (على سبيل المثال، اتهم ذرات الكالسيوم) تم تفصيلها. ويتكون الجهاز من العناصر بالترتيب التالي (من الأعلى إلى الأسفل): adatoms الكالسيوم والتجمعات، الجرافين، سداسية نيتريد البورون (ح-BN)، وثاني أكسيد السيليكون (شافي 2)، والسيليكون بالجملة (الشكل 1). غير ح-BN فيلم رقيقة عازلة، والتي توفر الركيزة مسطحة بالذرة ومتجانسة كهربائيا لالجرافين. يخدم 19-21 ح-BN وشافي 2 بمثابة العوازل، والجزء الأكبر سي كما ظهر البوابة.

لافتعال الجهاز، يزرع الجرافين أولا على electrocheمصقول mically النحاس احباط 22،23، الذي يعمل بمثابة المحفز سطح نظيف لترسيب الأبخرة الكيميائية (الأمراض القلبية الوعائية) 22-25 من الجرافين. في نمو الأمراض القلبية الوعائية، والميثان (CH 4) والهيدروجين (H 2) الغازات السلائف تخضع الانحلال الحراري لتشكيل المجالات من بلورات الجرافين على رقائق النحاس. هذه المجالات تنمو وتندمج معا في نهاية المطاف، وتشكيل ورقة الكريستالات الجرافين. 25 يتم نقل الجرافين الناتجة على الركيزة الهدف، وهو ح-BN / شافي 2 رقاقة (عن طريق تقشير الميكانيكية 19-21 من ح-BN أعدت على أحد شافي 2 / سي (100) رقاقة)، ​​عبر بولي (ميتاكريليت الميثيل) (PMMA) نقل 26-28 في نقل PMMA، الجرافين على النحاس هو المغلفة تدور الأول بطبقة من PMMA. ثم يتحرك هذا / الجرافين / النحاس عينة PMMA على حل منمش (على سبيل المثال، FeCl 3 (عبد القدير) 28)، الذي يحفر بعيدا النحاس. تم صيدها العينة PMMA / الجرافين غير المتفاعل مع رقاقة ح-BN / شافي 2 و في وقت لاحقتنظيف في المذيبات العضوية (على سبيل المثال، CH 2 الكلورين 2) وهارون / H 2 بيئة 29،30 لإزالة طبقة PMMA. نتج عن ذلك من الجرافين / ح-BN / شافي 2 / سي العينة ثم إلى الاتصالات الكهربائية على فراغ عالية جدا (الفائق) عينة لوحة وصلب في غرفة الفائق المستعبدين الأسلاك. أخيرا، وتودع الجهاز الجرافين في الموقع مع الشوائب كولوم (على سبيل المثال، اتهم ذرات الكالسيوم) ودراستها من قبل STM 2-5

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. الكهروكيميائية تلميع لاحباط 22،23 النحاس

ملاحظة: الكهروكيميائية تلميع يفضح العارية سطح النحاس للنمو الجرافين عن طريق إزالة طلاء السطح واقية ويتحكم في كثافة البذور النمو.

  1. يعد حل تلميع الكهروكيميائية عن طريق خلط 100 مل من الماء نقي للغاية، 50 مل ايثانول، 50 مل حمض الفوسفوريك، 10 مل الأيزوبروبانول، و 1 غرام اليوريا.
  2. قطع النحاس احباط الى عدة 3 سم في 3 سم الرقائق. ملاحظة: يخدم كل احباط إما أنود أو الكاثود.
  3. إعداد الأنود / الكاثود بواسطة قطة احباط النحاس عموديا مع حامل وتوصيله إلى محطة مناسبة لإمدادات الطاقة.
    ملاحظة: إن القطب الموجب (الموجب) أن يكون مصقول electrochemically للنمو الجرافين.
  4. قبل أن يبدأ تلميع، تعيين الجهد المستمر من 4.8 V في امدادات الطاقة.
  5. بدوره على امدادات الطاقة في أقرب وقت الأنود والكاثود وانخفض في وقت واحد في electrochemiكال حل تلميع. فصل الأقطاب بحوالي 2 سم. تحقق من أن التيار الناتج هو بين 1-2 A.
  6. وقف تلميع الكهروكيميائية بعد 2 دقيقة عن طريق إيقاف إمدادات الطاقة. إخراج الأنود وشطف فورا بشكل منفصل مع الماء نقي للغاية، والأسيتون، والأيزوبروبانول.
  7. ضربة الجافة ورقائق النحاس تشطف N 2 الغاز وتخزينه في وعاء الجافة.

2. ترسيب الأبخرة الكيميائية (الأمراض القلبية الوعائية) من الجرافين على النحاس احباط 22-25

  1. وضع أنبوب الكوارتز في فرن الأمراض القلبية الوعائية وتوصيل أنبوب لبقية خط الغاز مع التجهيزات KF.
  2. وضع النحاس احباط مصقول electrochemically على رأس قارب الكوارتز. باستخدام قضيب طويل، ودفع القارب الكوارتز في أنبوب الكوارتز حتى يتم وضع رقائق النحاس في وسط الفرن الأمراض القلبية الوعائية. أرفق النظام مع التجهيزات KF.
  3. ضخ أسفل النظام مع مضخة التخشين. تطهير النظام مع H 2.
  4. تكثيف درجة الحرارة إلى 10506؛ C مع 200 SCCM من H 2. يصلب في 1050 درجة مئوية مع نفس تدفق الغاز لمدة 2 ساعة.
    ملاحظة: يتم قياس درجة الحرارة عن طريق المدمج في نوع K الحرارية في فرن أنبوب.
  5. يبرد إلى 1030 درجة مئوية مع نفس تدفق الغاز. تنمو الجرافين لمدة 10 دقيقة مع 40 SCCM CH 4 و 10 SCCM H 2.
  6. بمجرد أن النمو قد انتهى، وفتح غطاء الفرن ليبرد بسرعة إلى أسفل المسؤولية التقصيرية. الحفاظ على نفس تدفق الغاز.
  7. مرة واحدة في درجة حرارة أقل من 100 درجة مئوية، وإيقاف تدفق الغاز.
  8. إيقاف المضخة. تنفيس النظام مع N 2 الغاز من خلال فتح ببطء صمام القياس بين خط الغاز واسطوانة غاز N 2.
  9. إخراج العينة. قطع احباط النحاس إلى قطع ذات أبعاد المطلوبة.
  10. تخزين العينة في وعاء جاف داخل مجفف.

3. الميكانيكية تقشير 19-21 من ح-BN على 2 رقاقة شافي

  1. تنظيف وشافي 2 رقاقة. ملاحظة: Sيتكون IO 2 رقاقة من نانومتر طبقة سميكة تقريبا 285 شافي 2 على رأس معظم سي.
    1. قطع رقاقة شافي 2 إلى حوالي 1 سم في 1 سم الرقائق باستخدام الكاتب الماس.
    2. شطف رقاقة شافي 2 مع المياه والأيزوبروبانول. الحفاظ على سطح شافي 2 مغطى بالمياه / الأيسوبروبانول بعد كل شطف.
    3. وضع رقاقة شافي 2 على المغطي تدور لإزالة السائل من سطحه. تدور رقاقة مع 3000 دورة في الدقيقة لمدة 15 ثانية.
    4. تحقق من نظافة الشريحة تحت المجهر الضوئي مع تحديد حقل مظلم. ملاحظة: في ظل وضع حقل مظلم، تظهر الشوائب الصلبة الجسيمات كما مشرق.
  2. مكان نظيف شافي 2 رقاقة، الشريط تقشير، وح-BN الكريستال على طاولة نظيفة مع المجهر الضوئي.
  3. إعداد قطعتين من الشريط: شريط الأم والشريط الثاني. وضع حد سواء على طاولة المفاوضات مع الجانبين لزجة فوق. وضع الكريستال ح-BN على الجانب زجة من الشريط الأصل.
  4. وضع الصورةالجانب ticky من الشريط الثاني على الكريستال ح-BN على الشريط الأم (بحيث الجانبين لزجة من الاشرطة الثانية والأم هي مؤثرة). فرك على مدى وضوح الشمس بلطف لإزالة فقاعات الهواء المحتبسة.
  5. قشر الشريط الثاني من لقشر الكريستال ح-BN على الشريط الثاني. تخزين الشريط الأم لاستخدامها في المستقبل.
  6. أضعاف الشريط الثاني على نفسها، وفرك بلطف على وضوح الشمس، وانزع الشريط. تكرار هذه العملية 10 مرات، للطي الشريط الثاني بحيث يتم نقل بلورات ح-BN إلى منطقة جديدة جديدة من الشريط الثاني في كل مرة.
  7. مكان نظيف شافي 2 رقاقة تحت المجهر. عصا منطقة الشريط الثاني الذي يحتوي على الكريستال ح-BN على رقاقة شافي 2. تأكد من أن الشريط العصي أيضا إلى موقف المجهر لتأمين الشريحة أثناء الخطوة تقشير القادمة.
  8. قشر ببطء قبالة الشريط، ومراقبة العملية تحت المجهر. كما هو مقشر الشريط تقريبا قبالة، استخدام الملقط لعقد شافي 2
  9. بمجرد مقشر قبالة الشريط، وضع رقاقة داخل الفرن الأمراض القلبية الوعائية. يصلب رقاقة في الهواء عند درجة حرارة 500 درجة مئوية لمدة 2 ساعة.

4. بولي (ميتاكريليت الميثيل) (PMMA) 26-28 نقل الجرافين على ح-BN / شافي 2

  1. وضع قطرة واحدة من PMMA (A4) على الجرافين / نحاس / الجرافين احباط. تدور معطف احباط مع 3000 دورة في الدقيقة و 30 ثانية. ملاحظة: كما FeCl 3 (عبد القدير) يحفر بعيدا طبقة النحاس خلال خطوة الحفر القادمة، فإن الجرافين المؤخر تسقط في حين أن الطبقة / الجرافين PMMA ستبقى غير المتفاعل (الشكل 2).
  2. باستخدام FeCl 3 ملعقة مقاومة، والسماح للاحباط النحاس المصقول المطلي تدور على الحلول التالية في هذا النظام: 1.5 دقيقة على FeCl 3 (عبد القدير)، 5 دقائق على مياه نقي للغاية، 1 دقيقة على FeCl 3 (عبد القدير)، 5 دقيقة على نقي جدا المياه، و 15 دقيقة على FeCl 3 (عبد القدير)، 5 دقائق على نقي جدا الماء، 5 دقائق على توفير المياه نقي للغايةص، و 30 دقيقة في الماء نقي للغاية. إعداد كل حمام ماء نقي للغاية في كوب منفصل.
  3. الصيد العينة / الجرافين PMMA مع ح-BN / شافي 2 رقاقة. وضعه على طبق ساخن على 80 درجة مئوية لمدة 10 دقيقة لإزالة المياه وعلى حرارة 180 درجة مئوية لمدة 15 دقيقة للاسترخاء 27 PMMA الفيلم.
  4. وضع PMMA / الجرافين / ح-BN / شافي 2 رقاقة في CH 2 الكلورين 2 O / N بحل طبقة PMMA.

5. هارون / H 2 التليين 29،30

  1. وضع أنبوب الكوارتز في الفرن الأمراض القلبية الوعائية وتوصيل أنبوب لبقية خط الغاز مع التجهيزات KF.
  2. وضع الجرافين / BN / شافي 2 رقاقة على متن قارب الكوارتز. باستخدام قضيب طويل، ودفع القارب الكوارتز في أنبوب الكوارتز حتى يتم وضع رقاقة في وسط الفرن الأمراض القلبية الوعائية. أرفق النظام مع التجهيزات KF.
  3. ضخ أسفل النظام مع مضخة التخشين. تطهير النظام مع H 2 وهارون.
  4. بناء على ضغوط ل1 أجهزة الصراف الآلي مع 100 SCسم H 2 و 200 SCCM هارون مع صمام القياس. عندما يصل الضغط 1 أجهزة الصراف الآلي، وضبط حجم فتحة صمام القياس لتحقيق الاستقرار في الضغط على 1 أجهزة الصراف الآلي.
  5. تكثيف درجة الحرارة إلى 350 درجة مئوية، ويصلب لمدة 5 ساعة مع نفس تدفق الغاز.
  6. يبرد إلى RT بنفس تدفق الغاز.
  7. مرة واحدة في درجة حرارة أقل من 100 درجة مئوية، وإيقاف تدفق الغاز. إغلاق كافة الصمامات.
  8. إيقاف المضخة. تنفيس النظام مع N 2 الغاز من خلال فتح ببطء صمام القياس بين خط الغاز واسطوانة غاز N 2.
  9. إخراج العينة. التحقق من عدد من الطبقات الجرافين ومستوى الخلل مع رامان الطيفي 32. تحقق في نظافة / التوحيد تحت المجهر الضوئي. مجالات متعددة المسح الضوئي التي تظهر نظيفة تحت المجهر الضوئي مع مجهر القوة الذرية (AFM) لضمان أن العينة تظهر نظيفة / موحدة في طول نطاق صغير (<500 نانومتر) كذلك.
  10. تخزينه في وعاء جاف داخلمجفف.

6. تجميع الجرافين الأجهزة بوابة الانضباطي للSTM قياس 5/2

  1. تتبخر 50 ميكرون 50 ميكرون الاتحاد الافريقي / تي وحة الاتصال على ع / H 2 -annealed الأمراض القلبية الوعائية الجرافين / ح-BN / شافي 2 العينة.
    1. الشريط العينة على مرحلة على رأس micromanipulator.
    2. في حين رصد مع المجهر الضوئي، محاذاة قناع الاستنسل مع الجرافين باستخدام micromanipulator بحيث سيتم إيداع اتصال الاتحاد الافريقي / تي بالقرب من منطقة الفائدة بدون تغطية السطح.
    3. نقل العينة مع قناع الاستنسل إلى المبخر شعاع ه. تتبخر 10 نانومتر من تي في 3 Å / ثانية. التستر على طبقة تي عن طريق تبخير 30-50 نانومتر من الاتحاد الافريقي في 3 Å / ثانية في الدورة تبخر نفسها دون كسر فراغ. ملاحظة: بدلا من ذلك، 1 نانومتر من الكروم هو بديل جيد للنانومتر 10 من تي.
    4. نقل العينة مع قناع الاستنسل إلى micromanipulator لإزالة هذه المرحلة.
    2. <لى> جبل العينة على أحد فائقة فراغ (الفائق) عينة لوحة.
    1. ضع قطعة رقيقة من الياقوت على عينة وحة الفائق. ملاحظة: إن أعمال الياقوت بوصفها الطبقة العازلة التي تمنع الاتصال الكهربائي بين سي وSTM الأرض. وعلاوة على ذلك، الياقوت هو موصل حراري ممتاز لغرض عينة الصلب.
    2. ضع العينة على رأس الياقوت. ضع قطعة رقيقة أخرى من الياقوت على العينة. تأكد من أن الياقوت لا يغطي سطح الجرافين.
    3. تأمين بنية الياقوت / عينة / الياقوت مع المشبك المعدني. تأكد من أن هيكل كامل هو جامد وإلا فإنه سوف يهتز داخل STM.
  2. سلك السندات الفائق محطات لوحة عينة ليتملك الاتصالات على الجهاز الجرافين. ملاحظة: تودع أقطاب الاتحاد الافريقي / تي هي على أرض الواقع في حين أن الجزء الأكبر سي هو بوابة القطب المستعبدين بإرسال (الشكل 1) المستعبدين الأسلاك.
    1. وضع العينة التي شنت على مرحلة أسلاك الربط على الارض.
    2. تحديد المواقع للاتصالات الاتحاد الافريقي / تي باستخدام المجهر الضوئي.
    3. بدوره على-بوندر سلك. إذا كان سلك بوندر غير هوائي، تشغيل N 2 الغاز. تعيين سلك بوندر لجعل اثنين من السندات.
    4. باستخدام ذراع أسلاك الربط، ضع غيض من بوندر سلك على الجزء العلوي من المحطة المناسبة على عينة وحة الفائق. تحرك لأسفل واضغط بلطف غيض من بوندر سلك على محطة حتى يشير إلى سلك بوندر أن الترابط الانتهاء.
    5. كاتب الموضوع سلك إلى الاسم الاتحاد الافريقي / تي على الجهاز الجرافين. تحرك لأسفل واضغط بلطف غيض من بوندر سلك على اتصال الاتحاد الافريقي / تي حتى يشير إلى سلك بوندر أن الترابط الانتهاء.
    6. استخدام الكاتب الماس الى نقطة الصفر من بعض شافي 2 على حافة رقاقة شافي 2 لفضح سي التي سيتم استخدامها بمثابة البوابة الخلفية. كرر العملية يومين الترابط لسي المكشوفة.
    7. إدراج عينة داخل الفائق (10 -10 عربة) غرفة الإعدادية ويصلب ز المستعبدين الأسلاكجهاز raphene في حوالي 300 ° C. نقل الجهاز إلى غرفة STM.
      ملاحظة: يجب أن يكون صلب الجهاز الجرافين حتى يظهر سطحه نظيفا تحت STM (انظر البند 8 من البروتوكول). الوقت الصلب سوف تختلف تبعا لنظافة الأولية للجهاز.

7. STM تلميح معايرة على الاتحاد الافريقي (111) السطح 31

  1. يصلب / تفل والاتحاد الافريقي (111) عينة على المسرح سخان في غرفة الفائق لتنظيف / تتسطح السطح الاتحاد الافريقي. يصلب لمدة 5 دقائق في 375 ° C، وتفل لمدة 5 دقائق مع هارون + شعاع تسارع إلى 500 V. نقل الاتحاد الافريقي (111) عينة لمرحلة المسح STM.
  2. الاقتراب من سطح الاتحاد الافريقي (111) مع طرف STM. تطبيق 10 V البقول على طرف STM حتى لإعادة الإعمار متعرجة الاتحاد الافريقي (111) غير واضحة للعيان.
  3. معايرة غيض من خلال تعديل شكل نصيحة ومقارنة والفرق تصرف دي / DV الطيف إلى الاتحاد الافريقي قياسي (111) دي / DV الطيف. 31
  4. تفحص الاتحاد الافريقي (111) السطح مع 40 نانومتر بنسبة 40 نانومتر إطار لتحديد / مساحة الشقة نظيفة. إذا كان السطح لديها كثافة عالية من خطوة الحواف، والانتقال إلى منطقة جديدة للمسح الضوئي.
  5. تحطم بلطف غيض STM 0،4-1،0 نانومتر إلى منطقة نظيفة من الاتحاد الافريقي (111) السطح؛ ويشار إلى هذا تحطمها الخاضعة للرقابة لكزر "كزة." إيقاف ردود الفعل وانقر على زر "خذ الطيفي" لاتخاذ مجموعة دي / DV عبر القفل في على الاستجابة الحالية لتيار منظم الجهد (6 بالسيارات و613.7 هرتز) وأضاف أن التحيز طرف.
    ملاحظة: بمجرد ميلان التضمين الجهد (6 بالسيارات و613.7 هرتز) وتقدم على الحافة، وحفر الأنفاق مما أدى الحالي يذهب الى مكبر للصوت قفل في، الذي يعزل مكون من الحالي مع نفس التردد وإرجاع إشارة DI / DV. من خلال تسجيل هذه الإشارة كما هو اجتاحت التحيز عينة من -1.0 إلى 1.0 V، يتم إنشاء دي / DV الطيف. لأن هذا البرنامج هو التحليل الطيفي مكتوبة بخط المنزل، وتعليمات لاتخاذفإن التحليل الطيفي تختلف بين مختلف البرامج.
  6. تحقق منحنى دي / DV الحصول ضد الاتحاد الافريقي قياسي (111) دي / DV الطيف (الشكل 4). تأكد من الاتحاد الافريقي (111) دولة سطح موجودة في / منحنى العنف المنزلي دي وأن الطيف غائب من أي ميزة الشاذة. إذا كان منحنى دي / DV المقاس أمر غير مقبول، كرر كزة في الخطوة 7.3.2 حتى منحنى دي / DV يبدو وكأنه واحد هو مبين في الشكل (4).
  7. مرة واحدة شكل نصيحة ودي / DV الطيف هي الأمثل، الانتظار 15 إلى 30 دقيقة. إذا غيض STM غير مستقر، ودي / DV الطيف تتغير خلال هذه الفترة الزمنية. استعادة طائفة دي / DV في مكان مختلف لتأكيد ما إذا كان الطرف STM مستقرة أم لا.
  8. تكرار كزة في الخطوة 7.3.2 إذا تم تغيير منحنى دي / DV. الشروع في مسح الجرافين إذا منحنى دي / DV لم يتغير.

8. الضوئي الجرافين

  1. TRansfer الجهاز الجرافين إلى مرحلة المسح STM.
  2. استخدام المجهر الضوئي لمسافات طويلة لرؤية طرف STM وجهاز الجرافين. مواءمة بعد أفقيا طرف وح-BN تقشر المصالح، الاقتراب من الجرافين.
  3. بدء المسح الضوئي ل2 نانومتر بنسبة 2 منطقة نانومتر. تكبير ببطء نافذة المسح الضوئي إلى 5 نانومتر بنسبة 5 نانومتر و 10 نانومتر، بنسبة 10 نانومتر و 15 نانومتر 15 نانومتر و 20 نانومتر 20 نانومتر، الخ. إذا واجهت الشوائب كبيرة (> 100 م في الطول)، سحب طرف والانتقال إلى منطقة أخرى.
  4. إلقاء طيف دي / DV وقارن بين معيار الطيف دي / DV على الجرافين / ح-BN الركيزة (انظر المرجع 21). إذا الطيف غير قابل للمقارنة، إعادة ضبط طرف على سطح الاتحاد الافريقي (111) (انظر البند 7 من البروتوكول).
  5. مجالات متعددة المسح الضوئي للحصول على فكرة عن كيفية كثيرا شوائب كبيرة (> 100 م في الارتفاع) مصادفة. وبناء على هذه الإحصائيات، استدلال على نظافة العينة.

9. إيداع كولوم الشوائب على الجرافين Surfacه 2-4

  1. الحصول على مصدر الكالسيوم. معايرة تبخر ذرات الكالسيوم مع محلل الغاز المتبقي (RGA) وتوازن دقيق الكوارتز الكريستال (QCM) في اختبار غرفة الفائق. ملاحظة: RGA تقييم نقاء من الكالسيوم ودائع في حين يقيس QCM معدل ترسب الكالسيوم.
    1. تشغيل الحالية من خلال مصدر الكالسيوم.
    2. زيادة الحالي حتى الضغط الجزئي كا من 10 -10 عربة تم الكشف في الطيف الكتلي RGA. يكون على بينة من حقيقة أن الكالسيوم وعار لها نفس الكتلة وهي تمييزه في RGA بالتالي.
    3. قياس معدل ترسب الكالسيوم (طبقة / ثانية) مع QCM.
      1. إدخال الكثافة (على سبيل المثال، 1.55 جم / سم 3 ل Ca أيون) من ودائع لتحويل التردد قيمة التحول إلى ترسب معدل.
      2. رصد معدل ترسب لQCM يقرأ معدل الترسيب في / ثانية؛ تحويل هذا إلى طبقة / ثانية بافتراض أن سمك أحادي الطبقة يساوي القطر الأيوني (على سبيل المثال، 0.228 Å ل Ca أيون) من الودائع.
    4. تحديد تيار الأمثل عن طريق ضبط الحالية حتى يشير إلى رصد معدل ترسب معدل ترسب المطلوب (على سبيل المثال، 3.33 × 10 -5 طبقة / ثانية).
  2. ونظرا لمعدل الترسيب (على سبيل المثال، 3.33 × 10 -5 طبقة / ثانية) في الخطوة 9.1.3، حساب الوقت (ثانية) لإيداع المبلغ المطلوب (على سبيل المثال، 0.01 أحادي الطبقة) من كاليفورنيا. في STM، إيداع الكالسيوم على النحاس (100) السطح في الموقع مع الإعداد الحالي الأمثل من الخطوة 9.1.3. تحقق تغطية الكالسيوم ونظافة بعد ترسب النحاس (100) السطح مع STM (راجع الخطوة 8.5)؛ إعادة ضبط الإعداد الحالي حتى النحاس (100) حالة السطح تحت STM يبدو كما هو متوقع.
    ملاحظة: يتم تحسين المعلمات ترسب على النحاس (100) الأول للحد من مخاطر تلوث الجهاز الجرافين مع ترسب سيئة للرقابة.
  3. نقل الجهاز الجرافين إلى STM لترسب في الموقع في4 K.
  4. إيداع اتهم ذرات الكالسيوم على سطح الجرافين.
    1. قبل إيداع CA على الجرافين، outgass مصدر الكالسيوم. زيادة ببطء الحالي على المصدر بنسبة 0.25 A كل 5-10 دقائق حتى يتم الوصول إلى التيار المطلوب في الخطوة 9.2. إغلاق مصراع بين الجرافين ومصدر الكالسيوم لمنع الملوثات outgassed من الوصول إلى الجرافين.
    2. السماح للتدفق تبخر تستقر لمدة 20 دقيقة قبل فتح مصراع.
    3. فتح مصراع وديعة مرغوب فيه (على سبيل المثال، 0.01 أحادي الطبقة) كمية من الكالسيوم الأيونات على سطح الجرافين. تأكد من أن الجهاز الجرافين لديها خط البصر مع مصدر الكالسيوم. تأكد من أن الطرف STM خارج خط البصر من مصدر الكالسيوم لمنع ذرات الكالسيوم من الالتصاق على طرف STM.
  5. تحقق تغطية الكالسيوم ونظافة سطح الجرافين بعد الترسب مع STM (انظر الخطوة 8.5). الرجوع إلى المرجع. 2، 3، و 4 لمزيد من بروتوكول الدراسة من الشوائب كولوم على الجرافين.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

ويوضح الشكل 1 تخطيطي للجهاز الجرافين بوابات الظهر. الاتحاد الافريقي / تي اتصال لأسباب الفائق لوحة عينة الجرافين كهربائيا تربط الأسلاك، في حين أسلاك الربط سي الأكبر للإلكترود الذي يصل إلى دائرة خارجية العودة بوابات الجهاز. من قبل الجهاز، دولة المسؤول عن النجاسة كولوم في عينة تحيز معين (التي يسيطر عليها طرف STM) يمكن ضبطها إلى ولاية تهمة مختلفة-النابضة الظهر. 2-4

ويبين الشكل 2 الخطوات لافتعال جهاز الجرافين بوابة الانضباطي. وأول مصقول A احباط النحاس electrochemically لإزالة طلاء سطحه واقية وتعديل كثافة البذور نموها. 23،24 بعد تلميع الكهروكيميائية، يجب أن يظهر احباط النحاس ألمع تحت العين المجردة من ذي قبل كما أن أصبحت سطحه أكثر سلاسة. ثم يتصرف النحاس احباط مصقول electrochemically باعتبارها الركيزة الحفازة للنمو الأمراض القلبية الوعائية من الجرافين. الجرافين هو ثم transferrإد على وح-BN / شافي 2 الركيزة عن طريق التحويل PMMA. يتم تنظيف عينة مما أدى إلى الرياض / H 2 الغلاف الجوي وتتميز (الشكل 3). بعد ذلك، يتم تجميعها في جهاز بوابات الظهر.

قبل أن يتم تجميع العينة في جهاز بوابات الوراء، ويتميز سطح الجرافين بواسطة المجهر الضوئي (الشكل 3A)، رامان الطيفي (الشكل 3B)، وفؤاد (الشكل 3C). مع صورة المجهر الضوئي، فمن السهل لفحص النظافة والاستمرارية، وعدد طبقات الجرافين في جميع أنحاء العينة بأكملها. مع طيف رامان، وعدد من طبقات الجرافين ومستوى الخلل يمكن تقييمها عن طريق فحص I G: أنا 2D نسبة كثافة الذروة وشدة D الذروة، على التوالي 32 مع صورة AFM، ميزات مختلفة - النظافة، والتوحيد، وخشونة السطح، الخ. - من العينة يمكن أن تكون وحدة التقييم موثوقuated على نطاق طول صغيرة (<500 نانومتر). يجب أن تظهر عينة جيدة نظيفة ومستمر، موحدة، وmonolayered تحت المجهر على حد سواء وAFM الصور الضوئية. وعلاوة على ذلك، يجب على عينة جيدة يحمل على الحد الأدنى D كثافة الذروة (علامة على الحد الأدنى من عيب) وأقل من 1: 2 نسبة I G: أنا 2D نسبة كثافة الذروة (علامة على أحادي الطبقة) تحت رامان الطيفي 32.

قبل يمكن وصفها الجهاز تحت STM، يجب معايرة تلميح STM على الاتحاد الافريقي (111) سطح لفصل الدول STM غيض من الدول سطح العينة قدر الإمكان. دون معايرة طرف، والفرق تصرف دي / DV الطيف تظهر الملتوية بسبب الترابط القوي بين الدول طرف والدول سطح العينة: وبعبارة أخرى، البيانات STM اتخاذها من طرف uncalibrated قد لا تمثل الملكية الحقيقية للعينة . لمعايرة طرف، ونابض طرف STM متكرر / مطعون الى الاتحاد الافريقي (111) surfacه حتى على صورة عالية الدقة لإعادة الإعمار متعرجة الشكل (4A) ويمكن الحصول على ويظهر الطيف دي / DV يضاهي الاتحاد الافريقي قياسي (111) دي / DV الطيف (الشكل 4B). الطيف دي / DV ينبغي أن يحمل خطوة حادة في عينة V ≈ -0.5 V، والذي يمثل بداية الاتحاد الافريقي (111) حالة السطح. وعلاوة على ذلك، ينبغي أن الطيف دي / DV يحمل أي قمم والانخفاضات الشاذة، التي قد تظهر عند تنفيذ الأعمال الفنية القياسات دي / DV على الجرافين.

بعد معايرة طرف، يتم فحص سطح العينة مع STM. الشكل 5A يدل على نمط تموج في النسيج لالجرافين / ح-BN، والذي ينشأ من عدم تطابق في ثوابت شعرية من الجرافين و h-BN. الطول الموجي للنمط تموج في النسيج يعتمد على زاوية الدوران بين الجرافين والكامنة وراء الأسوار ح-BN: أصغر زاوية تطور، كلما زاد الطول الموجي. ظهور تموج في النسيج patte يؤكد آر وجود الجرافين نظيفة على الركيزة ح-BN. مرة واحدة يتم فحص سطح العينة، وتودع أيونات الكالسيوم على الجرافين، الذي هو مبين في الشكل 5B التضاريس. يظهر نمط تموج في النسيج في خلفية الصورة. تترسب ذرات الكالسيوم اتهم مرة واحدة بنجاح، STM طرف يمكن بناء نواة الاصطناعية تتكون من عدة اتهم dimers الكالسيوم عن طريق دفع كل ديمر في مجموعات صغيرة. وأظهرت نتائج الدراسة STM لمشحونة شركة والكالسيوم adatoms في المرجع. 2 و 3 والمرجع. 4 على التوالي.

الشكل 1
الشكل 1. رسم تخطيطي للجهاز الجرافين بوابة الانضباطي. ويرتكز الجرافين لوحة عينة في حين يربط طبقة سي إلى القطب البوابة من خلال أسلاك الربط 2-5 الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

ntent "> الرقم 2
. الشكل 2. الخطط العملية من بوابة الانضباطي جهاز الجرافين تلفيق الخطوات لافتعال الجهاز الجرافين بوابة الانضباطي ما يلي: 1) النمو الأمراض القلبية الوعائية الجرافين على النحاس احباط مصقول electrochemically، 2) - 5) نقل PMMA من الجرافين الصعود إلى ح- BN / شافي 2 رقاقة، 6) هارون / H 2 الصلب، 7) تبخر الاتحاد الافريقي / تي الاتصال، 8) تصاعد على عينة وحة الفائق، و9) أسلاك الربط. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم .

الشكل (3)
الرقم 3. قبل STM توصيف الجرافين / ح-BN / شافي 2 heterostructure. (A) صورة المجهر الضوئي من الجرافين / ح-BN / شافي 2 heterostructure. (B) رامان SPECTالروم من الجرافين / شافي المنطقة 2. يتميز رامان الطيف من الجرافين التي كتبها D (~ 1350 سم -1)، G (~ 1580 سم -1)، و2D (~ 2690 سم -1) قمم 32 (C) مجهر القوة الذرية (AFM) صورة من الجرافين / ح-BN / شافي المنطقة 2. هذه الصورة هو عبارة عن خريطة ارتفاع اتخاذها مع وضع التنصت AFM. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

الرقم 4
الرقم 4. STM توصيف الاتحاد الافريقي (111) سطح لSTM طرف المعايرة. 31 (A) تضاريس الاتحاد الافريقي (111) السطح. (B) معيار دي / DV الطيف من الاتحاد الافريقي (111) السطح. الرجاء انقر هنا لعرض أكبر نسخة من هذا الرقم.

<ص الطبقة = "jove_content"> الرقم 5
الرقم 5. STM تضاريس الشوائب كولوم على الجرافين. (A) نمط تموج في النسيج لالجرافين / ح-BN. 20،21 (B) adatoms CA على الجرافين. 4 الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

لتوصيف STM، والأهداف الحاسمة للتصنيع الجهاز الجرافين ما يلي: 1) تزايد أحادي الطبقة الجرافين مع أقل عدد ممكن من العيوب، 2) الحصول على كبيرة، نظيفة وموحدة، ومستمر سطح الجرافين، 3) تجميع جهاز الجرافين مع مقاومة عالية بين الجرافين وبوابة (أي، لا "تسرب بوابة")، و 4) إيداع الفردية الشوائب كولوم.

ويخضع الهدف الأول عن طريق عملية الأمراض القلبية الوعائية، وخلالها الجرافين ينمو على رقائق النحاس. على الرغم من أن هناك مرشحين الركيزة متعددة (على سبيل المثال، ني، رو، الأشعة تحت الحمراء، وحزب العمال، المشارك، المشتريات، وما إلى ذلك)، ومن المعروف جيدا النحاس لإنتاج أحادي الطبقة الجرافين أكثر انتقائية بسبب منخفضة للغاية الذوبان الكربون. 25 ومع ذلك، وتزايد بشكل انتقائي الجرافين أحادي الطبقة يمكن أن يكون لا يزال من الصعب وغير متناسقة بسبب وجود مجموعة واسعة من العوامل. 22-25 على الرغم من تلميع الكهروكيميائية يوفر بالتأكيد شرط الركيزة أفضل لزنمو raphene، وقد أظهرت الأوصاف AFM لدينا أن سطح النحاس لا يزال غير موحد والخام على المستوى المجهري. وعلاوة على ذلك، فإن مستوى التلوث من المخلفات الكيميائية قد تختلف من احباط لاحباط. المعلمات الصلب ضرورية لتوفير باستمرار سطح النحاس نظيفة وموحدة خلال النمو. والصلب والنحاس في درجة حرارة عالية (1050 درجة مئوية) قرب نقطة انصهاره (1085 درجة مئوية) مع تدفق عالية من الهيدروجين (~ 200 SCCM) ويبدو ان توفير سطح النحاس نظيفة وموحدة بثبات مع مجالات النحاس كبيرة. 22 إن النمو درجة الحرارة، ونظام الضغط، وCH 4: يمكن بعد ذلك H 2 تدفق نسبة معدل يكون الأمثل منتظم حتى يتم الحصول على أحادي الطبقة الجرافين مع أقل عدد ممكن من العيوب.

تحكمه نقل PMMA وهارون / H 2 الصلب - الهدف الثاني - الحصول على كبيرة، نظيفة وموحدة، ومستمر سطح الجرافين. على الرغم من أن هناك عددا من مختلف تران الجرافينطرق SFER (على سبيل المثال، PMMA جاف / PDMS نقل 27، الرطب نقل PDMS 24، الخ)، ونقل PMMA مع FeCl 3 (عبد القدير) منمش حل 28 قد حقق باستمرار أكثر مستمرة / زي السطوح الجرافين. ومع ذلك، يترك هذه الطريقة على كثافة عالية من بقايا كيميائية على سطح الجرافين. لحل هذه المشكلة، فإن معدل طلاء تدور والزمن الأمثل لأول مرة لجعل طبقة PMMA متجانسة بقدر الإمكان. بالإضافة إلى ذلك، تم إدخال خطوات تنظيف متعددة مع حمامات المياه فائقة نقية لإزالة بقايا المواد الكيميائية من السطح الخلفي الجرافين قبل الصيد بها مع ح-BN / شافي 2 رقاقة. من هذه الجهود، وعينات نظيفة نسبيا، كما يراها المجهر الضوئي، تم نقل باستمرار. لا تباين في طريقة نقل PMMA، ومع ذلك، يمكن تنظيف تماما عن سطح الجرافين لأنها تترك دائما طبقة رقيقة من PMMA. للحصول على سطح نظيف بالذرة (تتطلب دراسات STM المناطق النظيفة &# 62؛ 100 نانومتر 2)، يجب تنفيذ سلسلة من الإجراءات الصلب. ع / H 2 الصلب يمكن أن يزيل بشكل فعال أغلبية طبقة PMMA. بعد الرياض / H 2 الصلب، 29 سطح الجرافين يبدو أن تكون نظيفة تحت تفتيش من قبل AFM المحيط (الشكل 3). ومع ذلك، وطبقة رقيقة لا يمكن الكشف عنها من قبل PMMA AFM المحيط لا يزال يغطي سطح الجرافين، الأمر الذي يتطلب مزيد من الموقع الفائق الصلب في إزالتها. من المهم أن نأخذ في الاعتبار أن مرحلة ما بعد نقل-الصلب لا يمكن إلا أن تنظيف سطح بقايا خالية نسبيا فقط؛ نظافة عينة في نهاية المطاف تعتمد أساسا على النقل.

تحكمها بعد-AR / H 2 الخطوات الصلب - الهدف الثالث - تجميع جهاز الجرافين دون أي تسرب البوابة. عند تركيب الجهاز على لوحة عينة، فمن الأهمية بمكان لقطع كهربائيا الجهاز عن بقية لوحة عينة مع رقائق الياقوت. الاتصال الكهربائي الوحيد بين روقال انه أخذ عينات لوحة ويجب أن يكون الجهاز سندات الأسلاك. أسلاك الربط يدخل من خطر كسر الجهاز إذا تم توفير القوة المفرطة عن أي شكل من أشكال كسر في طبقة شافي 2 (بغض النظر عن كيفية صغيرة) قد يؤدي إلى تسرب البوابة. يجب بالتالي أن يكون الأمثل المعلمات أسلاك الربط في وقت مبكر. لأنه قد يحدث تسرب بوابة ليس فقط في الجهاز ولكن أيضا في جميع أنحاء الغرفة STM، قد تضيع كمية كبيرة من الوقت والموارد لتحديد وإصلاح مصدر التسرب. من المهم للحد من خطر تسرب بوابة حين تجميع جهاز الجرافين.

تحكمه الخطوات المعايرة السابقة لترسب - الهدف الرابع - إيداع الفردية الشوائب كولوم. لا بد من تحسين المعلمات ترسب في اختبار غرفة الفائق (وبالإضافة إلى ذلك على النحاس (100) السطح في الموقع) لترسيب للرقابة. نقاء ترسب تحتاج الى تقييم دقيق مع RGA لimpu عشوائيسوف rities تحرف ليس فقط معدل الترسيب تقاس QCM ولكن يؤدي أيضا إلى المنشطات غير المرغوب فيها. إذا كان الجهاز تم مخدر لا رجعة فيه من قبل النجاسة غير معروف، استجابة الجرافين الشوائب كولومب قد يتم تغيير غير مرغوب فيه.

بالإضافة إلى هذه التحديات، دراسة STM قد تكون محدودة في عدة طرق. في قياس الفرق تصرف، فمن المستحيل فصل كامل ولايات الإلكترونية غيض من دول العينة. حتى مع وجود طرف محسوبة جيدا، قد يكون تحديا لتحديد منشأ ميزة الطيفية. وعلاوة على ذلك، المعلومات المكتسبة من القياسات التي أجريت في الفائق (10 -10 عربة) وT = 4 K قد لا تكون ذات صلة إلى أجهزة تعمل في ظروف أقل مثالية.

أن يقال، STM لديها مزايا عديدة أكثر من غيرها من التقنيات. ليس فقط لديه دقة عالية الطاقة (قليل إلكترون فولت) ولكن أيضا قرارا مكانية عالية (~ 10:00). وعلى سبيل المقارنة، ARPES لديه ص المكاني أقل نسبياesolution (ميكرون الفرعي)، ولكن قرارا الطاقة مقارنة (قليل إلكترون فولت). ويمكن أيضا أن تستخدم STM لمعالجة الموقف من الذرات الفردية على الجهاز لإنشاء تكوينات تهمة جديدة. على سبيل المثال، يانغ وآخرون خلق نواة الاصطناعية من dimers الكالسيوم المحملة على جهاز الجرافين بوابات الخلفي مع تلميح STM وتتميز دولة انهيار ذرية على سطح الجرافين. 4 مع هذه المزايا في الاعتبار، STM هي واحدة من أقوى وتقنيات موثوقة لتحديد خصائص استجابة تعتمد مكانيا من الجرافين لمختلف الاضطرابات في بيئة تسيطر عليها بشكل جيد.

دراسات STM الأجهزة الجرافين بوابة الانضباطي المودعة لدى الشوائب كولوم هي قيمة ليس فقط لاختبار النظريات الأساسية ولكن أيضا لفهم تطبيقات جهاز هجين الجرافين. فإنها يمكن أن تحقق تجريبيا تنبؤات الأساسية حول سلوك الفرميونات ديراك عديمة الكتلة في أنظمة جديدة، والتي تظهر بهاء تختلف كثيراvior مقارنة تهمة الناقلين في الأنظمة التقليدية. 15-18 وعلاوة على ذلك، يمكن لمثل هذه الدراسات تكشف عن بعض من خصائص الجرافين غير متوقعة 4، الأمر الذي يؤدي إلى فهم أعمق لحاملات الشحنة في الأنظمة النسبية. نظرة جديدة إلى القوانين الفيزيائية التي تحكم وأنظمة الجرافين يكون مفيدا للغاية لضبط الدقة من خصائص الأجهزة الجرافين الهجينة. 2-5

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Acknowledgments

وأيد بحثنا من قبل مدير مكتب العلوم ومكتب علوم الطاقة الأساسية في وزارة الخارجية الأمريكية من البرنامج SP2 الطاقة بموجب عقد لا. DE-AC02-05CH11231 (STM تطوير الأجهزة والتكامل الجهاز). مكتب البحوث البحرية (توصيف الجهاز)، وجائزة NSF لا. CMMI-1235361 (DI / DV التصوير). وقد تم تحليل البيانات STM وجعل استخدام برامج WSxM 33 تم دعم DW وAJB من قبل وزارة الدفاع (وزارة الدفاع) من خلال زمالة الوطنية للعلوم الدفاع وخريج كلية الهندسة (NDSEG) برنامج، 32 CFR 168A.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Cu foil Alfa Aesar CAS # 7440-50-8
Lot # F22X029
Stock # 13382		 99.8% Cu
Scotch Magic Tape Scotch® N/A for exfoliation of hBN
PMMA Micro Chem M23004 0500L 1GL A4
FeCl3 resistant spoon Bel-Art ScienceWare 367300015 PTFE coated double ended chemical spoon, 15 cm length
FeCl3 (aq) Ricca Chemical 3127-16 40% w/v
SiO2/Si(100) Chip NOVA Electric Materials HS39626-OX n/a
h-BN K. Watanabe and T. Taniguchi Group Contact the group hexagonal Japanese BN (JBN)
Au(111) Agilent Technologies N9805B-FG Au(111) epitaxially grown on mica
Sapphire Precision Ferrites & Ceramic, Inc. Contact vendor P/N Sapphire Chips
0.22 x 0.125 x 0.015"
Ca source Trace Sciences International Corp. AS-3-Ca-5-S n/a
Cu(100) Princeton Scientific Contact vendor Cu(100) single crystal
Methane Praxair, Inc. ME 5.0RS-K Graphene growth precursor gas
Hydrogen Praxair, Inc. HY 6.0RS-K Graphene growth precursor gas

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  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).

Tags

الهندسة، العدد 101، الفيزياء، الجرافين، النابضة كهرباء، المجهر النفقي (STM)، كولوم النجاسة، ترسيب الأبخرة الكيميائية (الأمراض القلبية الوعائية)، وبولي (ميتاكريليت الميثيل) (PMMA) نقل، والترابط الأسلاك
تلفيق بوابة الانضباطي الجرافين أجهزة لمسح حفر نفق المجهر الدراسات مع كولوم الشوائب
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Jung, H. S., Tsai, H. Z., Wong, D.,… More

Jung, H. S., Tsai, H. Z., Wong, D., Germany, C., Kahn, S., Kim, Y., Aikawa, A. S., Desai, D. K., Rodgers, G. F., Bradley, A. J., Velasco Jr., J., Watanabe, K., Taniguchi, T., Wang, F., Zettl, A., Crommie, M. F. Fabrication of Gate-tunable Graphene Devices for Scanning Tunneling Microscopy Studies with Coulomb Impurities. J. Vis. Exp. (101), e52711, doi:10.3791/52711 (2015).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter