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莫納什大學Semonti Bhattacharyya和Michael S. Fuhrer等--機械轉移大面積Ga2O3鈍化石墨烯和抑制界面聲子散射
       本研究通過在液態Ga金屬上合成的超薄非晶Ga2O3的機械轉移,展示了石墨烯的大面積鈍化層。對SiO2/Si上的毫米級鈍化石墨烯和裸石墨烯的溫度相關電測量的比較表明,鈍化石墨烯保持了應用所需的高場效應遷移率。令人驚訝的是,由于高介電常數Ga2O3屏蔽SiO2的表面光學聲子模式和相對高的Ga2O3特征聲子頻率的相互作用,在低于220K的溫度范圍內,鈍化石墨烯的溫度依賴性電阻率降低。拉曼光譜和電學測量表明,Ga2O3鈍化還保護石墨烯免受進一步處理,如等離子體增強的Al2O3原子層沉積。
 
圖1.在Gr上轉移的Ga2O3薄膜的表征(SiO2上CVD生長的單層石墨烯/單層h-BN膜)。(a)鎵金屬被定位為使用蓋玻片在PPC/Gel-Pak聚合物疊層上滾動,(b)Ga2O3在與一些鎵金屬殘留物滾動后,可以用剃刀切掉,(c)將Ga2O3膜轉移到Gr/SiO2/Si器件上,以及(d)去除聚合物殘留物后的器件的示意圖。(e) 切割成尺寸后PPC上Ga2O3的光學暗場顯微照片。銀色的點是液態鎵液滴。中心的Ga2O3片與液態鎵接壤。比例尺為200μm。(f) 在Gr器件上轉移的Ga2O3(器件上的深藍色片)的Brightfield光學顯微照片。比例尺為50μm。(g) 通過間歇接觸原子力顯微鏡(AFM)獲得的Gr片上Ga2O3的地形圖像。圖像左側顯示裸露的Gr,圖像右側顯示Ga2O3覆蓋的Gr。如重疊線輪廓所示,平均高度差為7.3nm,比例尺為2μm。
 
圖2.Ga2O3覆蓋和裸Gr場效應器件的柵極電壓和溫度相關電輸運測量。(a) Ga2O3轉移后Gr器件的示意圖和(b)光學顯微鏡圖像。比例尺為200μm。(c) 縱向電導率σ和(d)場效應遷移率μFE作為柵極電壓Vg的函數,在100 K下,裸Gr和Ga2O3覆蓋的Gr在最小電導率Vg,min下的柵極電壓偏移。
  
圖3.遠程光學聲子(ROP)散射。(a) ROP對電阻率(ρROP)的貢獻從裸(填充)和Ga2O3覆蓋(空心)石墨烯中電阻率(ρ)的溫度依賴性(T-)中提取。使用等式1的擬合用虛線表示裸露的Ga2O3覆蓋的Gr。對于每個柵極電壓,從26到66 V,通過4 V步長,ρROP偏移40Ω。(b) 裸和Ga2O3覆蓋Gr.中SO聲子的計算頻率和耦合強度虛線表示相應的體模聲子頻率。(c) 不同介電系統中石墨烯電阻率(ρROP)的模型ROP散射貢獻。
 
圖4.Ga2O3作為石墨烯上的保護層,防止Al2O3的等離子體增強原子層沉積(ALD)。拉曼光譜顯示(a)裸石墨烯和(b)Ga2O3覆蓋石墨烯的D、G和2D峰。(c,e)裸Gr和(d,f)Ga2O3覆蓋Gr的電導率(σ)和場效應遷移率(μFE)的柵極依賴性。顯示了ALD工藝之前(淺色)和之后(深色)相同樣品的數據。拉曼和傳輸數據取自室溫下的不同樣品。
  
      相關研究成果由莫納什大學Semonti Bhattacharyya和Michael S. Fuhrer等人2022年發表在Nano Letters (https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.2c03492)上。原文:Passivating Graphene and Suppressing Interfacial Phonon Scattering with Mechanically Transferred Large-Area Ga2O3。

轉自《石墨烯研究》公眾號
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