Влияние интерфейсов и поликристаллической структуры CVD-графена на транспорт носителей заряда

• Автор: Бабичев, Андрей Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 107 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ОСОБЕННОСТИ РОСТА И ПЕРЕНОСА СУЦ-ГРАФЕНА. СРАВНИТЕЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ЗАВИСИМОСТЕЙ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕРМОЭДС И СОПРОТИВЛЕНИЯ В

ГРАФЕНЕ С РАЗЛИЧНЫМ ЧИСЛОМ СЛОЕВ

§1.1 ОСОБЕННОСТИ РОСТА И ПЕРЕНОСА СУБ-ГРАФЕНА

§1.1.1 Особенности роста 4-слойного графена

§1.1.2 Особенности роста монослойного графена

§1.1.3 Процесс переноса графена

§1.2 Изучение транспорта носителей заряда в 4-слойном графене

§1.3 Изучение транспорта носителей заряда в монослойном графене
§1.4 Теоретический расчет температурной зависимости коэффициента
термоэдс монослойного графена
ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ КОНТАКТНЫХ СВОЙСТВ МЕТАЛЛОВ К
ГРАФЕНУ
§2.1 Исследование контактных свойств к графену на планарных
подложках
§2.1.1 Исследование контактных свойств к 4-слойному графену,
локализованному на подложке БГБЮг
§2.1.2 Исследование контактных свойств к 4-слойному графену,
локализованному на подложке ваАв
§2.1.3 Исследование контактных свойств к монослонному графену,
локализованному на подложке БЕБЮг
§2.1.4 Исследование контактных свойств к монослонному графену,
локализованному на подложке ваАв
§2.1.5 Исследование контактных свойств к монослонному графену,
локализованному на предметном стекле
§2.2 Исследование контактных свойств к 4-слойному графену,
локализованному на снльноструктурированноп поверхности сфер
опала

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ИНТЕГРАЦИИ ГРАФЕНА И СВЕТОДИОДНЫХ ГЕТЕРОСТРУКТУР С ПЛАНАРНОЙ И СИЛЫЮСТРУКТУРИРОВАННОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ, ИЗУЧЕНИЕ ИХ
ОПТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ
§3.1 Исследование интеграции графена и гетероструктур на основе разбавленных твердых растворов ОаРИАв, изучение их оптических
свойств
§3.2 Исследование интеграции графена и светодиодных структур на основе массива СаИ пирамид, особенностей токопереноса в одиночных
ваИ внскерах с графеновым контактом
§3.2.1 Исследование оптических свойств светодиодных структур
на основе массива ваИ пирамид
§3.2.2 Исследование оптических свойств одиночных ОаЫ вискеров, где графен используется в качестве прозрачного
контакта
ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ИНТЕРФЕЙСА ГРАФЕН/МАССИВ ОаХ ВИСКЕРОВ, ГРАФЕН/МАССИВ гпО ВИСКЕРОВ, ИЗУЧЕНИЕ
ОПТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ФОТОДЕТЕКТОРОВ НА ИХ ОСНОВЕ
§4.1 Исследование интерфейса графен/массив ОаЦ вискеров, изучение
оптических свойств фотодетекторов на их основе
§4.2 Исследование оптических свойств фотодекторов на основе массива
2пО вискеров
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Список основных публикаций автора по теме диссертации
Список литературы
ВВЕДЕНИЕ
Органическая электроника имеет ряд преимуществ над традиционной полупроводниковой технологий. В число основных из которых входят: гибкость, малая себестоимость, прозрачность. Быстрое развитие технологий, в том числе электронной литографии в конце 20 века послужили основанием к формированию нового научного направления, посвященного графену. Данное направление получило развитие после работы А. Гейма и К. Новоселова [1]. Присуждение Нобелевской премии в 2010 году было мощным импульсом к развитию областей практических применений графена.
На графене, полученным методом отшелушивания (вследствие его высокого структурного качества) продемонстрирован целый ряд физических эффектов [2]: квантовый эффект Холла [3, 4], квантовый эффект Холла в двухслойном графене [5], дробный квантовый эффект Холла [6-8], квантовый Холл в р-n переходе [9], прямое наблюдение фаз Берри, парадокс Кляйна [10, 11], эффект кулоновского увлечения [12], наличие псевдомагнитных полей [13].
Вследствие высокой подвижности носителей заряда в графене, полученном методом отшелушивания (достигает величины 2-105 см2/В с при Т=25 С ) на начальной этапе развития области исследований высказывалось мнение, что графен является наиболее вероятным кандидатом посткремниевой электроники. Графен является бесщелевым полуметаллом (теоретическая работа Валпаса о линейном законе дисперсии Е(к) для электронной структуры вблизи К точки зоны Бриллюэна 1947 года [14]). Создать запрещенную зону в графене, достаточную для лопгческих применений (свыше 300-400 мэВ) на данный момент сложно [15]. Эйфория, присутствовавшая после присуждения нобелевской премии о том, что графен является альтернативой кремнию прошла, также, как и в случае GaAs в 70-80 годах, углеродных нанотрубок в 90 годах [15].
Несмотря на то, что графен не является альтернативой кремнию, к настоящему моменту сформировалось несколько важных областей его применений.
С одной стороны, за последние годы достигнут большой прогресс в повышении рабочих характеристик СВЧ транзисторов на основе графена. Частота отсечки, fr, в 427 ГГц (метод химического осаждения из газовой фазы (CVD method) [16] и 350 ГГц (термическое разложение карбида кремния) [17]) были недавно продемонстрированы.
С другой стороны, в последние годы большой интерес прикован к применениям графена в оптоэлектроннке [18-20]. Графен обладает хорошими механическими свойствами, малым поглощением света в диапазоне длин волн от ближнего ультрафиолета до инфракрасной области спектра [21-23] и высокой проводимостью.

После измерений ВАХ графена с слоем РММА на поверхности данный слой был растворен по методике, описанной выше. ВАХ также демонстрируют линейный ход. Определенные значения контактного сопротивления также представлены в ТАБЛИЦЕ 2. С одной стороны, растворение РММА привело к незначительному изменению плоскостного сопротивления, с другой - привело к значительному росту контактного сопротивления графена (величины RC W). Данный рост IV W не наблюдался для монослойного графена на подложке
Si/Si02.
§2.1.5 МОНОСЛОЙНЫЙ ГРАФЕН, ЛОКАЛИЗОВАННЫЙ НА ПРЕДМЕТНОМ СТЕКЛЕ
Данные, представленные в §2.1.5 соответствуют монослойному графену, не покрытому РММА и расположенному на предметном стекле. В качестве верхнего контактного слоя использовалось золото. Измеренные ВАХ линейны при всех расстояниях между контактными площадками. Сканирование сопротивления представлено на рисунке 7. Определенные значения контактного сопротивления представлены в ТАБЛИЦЕ 2. На рисунке 8 представлены результаты по сканированию сопротивления в круговой Corbino геометрии. Данные скорректированы на основании модели, представленной в [116]. Полученные результаты по величине контактного сопротивления сведены в ТАБЛИЦЕ 2. Расчет плоскостного сопротивления графена с помощью данных для круговой геометрии дает по порядку величины значения плоскостного сопротивления, аналогичные рассчитанным значениям для стандартной планарной геометрии. Однако, расчет величины контактного сопротивления, RC W, на основании данных для круговой геометрии приводит к значительные разногласия с данными, полученными для планарной топологии контактов.
В заключение параграфа суммируем факторы, которые могут оказывать влияние на величину контактного сопротивления к графену и обсужаются в литературе:
1. Остатки фоторезиста на интерфейсе между графеном и подложкой [101,102]
2. Разорнентадня доменов-зерен в плоскости CVD-графена [104].
3. Корреляция между работой выхода металла и велігчиной контактного сопротивления. Однако, данная взаимосвязь отсутствует в ряде работ [92,117, 118].
4. Перенос носителей заряда на сформированном интерфейсе между металлом и графеном вследствие малой величины плотности состояний графена [119, 120, 121].
5. Изменение работы выхода графена, вызванное напыляемым металлом [89], в
зависимости от числа слоев п методики синтеза графена [122, 123].