ترجمه مقاله الکترونیک نانو نوارهای گرافنی

توضیحات

 عنوان فارسی:  الکترونیک نانو نوارهای گرافنی

عنوان انگلیسی مقاله ترجمه شده:

Graphene Nano-Ribbon Electronics

چکیده:

ما قطعات ترانزیستور اثر میدانی نانو نوار گرافنی را ساخته و خواص الکتریکی آن‌ها را به عنوان تابعی از عرض نوار بررسی می‌کنیم. آزمایش‌های ما نشان می‌دهد که مقاومت نوار با کاهش عرض، افزایش می‌یابد، همین طور اثر حالت‌های لبه را نیز نشان می‌دهد. آنالیز اندازه‌گیری‌های وابسته به دما بازشدگی یک گاف کوانتومی محدودی در نوارهای باریک را نشان می‌دهد. نویز جریان الکتریکی قطعات نوار گرافنی در فرکانس پائین که تحت سلطه نویز  می‌باشند یافت می‌شوند.

مقدمه

گرافن، یک لایه از گرافیت، به طور گسترده‌ای به عنوان یک بایاس برای بحث در مورد ساختار الکترونیکی نانو لوله‌های کربنی (CNTها) [1,2] استفاده می‌شود. سپس می‌تواند به عنوان نتایج تاشدگی نوارهای گرافنی به شکل استوانه‌های بدون مرز در نظر گرفته شوند. با این حال، خود گرافن 2D، یک نیمه هادی با گاف صفر به همراه خواص بسیار جالب الکترونیکی است. خطی بودن، شبه نور، رابطه انرژی الکترونیکی  و تکانه دو بعدی ، یعنی ، نشان می‌دهد که جرم موثر الکترون صفر بوده و این سیستم می‌تواند توسط یک معادله دیراک نسبیتی که نقش سرعت نور را توسط سرعت فرمی  ایفا می‌کند تعریف شود. با این حال، تا روابط اخیر که تک لایه‌های گرافنی ساخته [3] و موضوع بحث مطالعات زیادی شده‌اند [4-7]. این مطالعات نشان دهنده خواص انتقال از جمله تحرک‌های الکترون و حفره به منظور  بوده است، یعنی نزدیکی نتایج آن گزارش‌ها به CNTهای تک [8]. این امکان در مورد استفاده گرافن در کاربردهای قطعه به صورت یک شیوه مشابه با CNTها را افزایش می‌دهد. با این حال، نیمه هادی با گاف صفر، گرافن نمی‌تواند مستقیما در کاربردهایی چون ترانزیستورهای اثر میدانی (FETها) استفاده شوند. با این حال، علاوه بر محدودیت 2D، الکترون‌های گرافن می‌توانند توسط شکل گیری نوارهای باریک به مثال  محدود شده، بیشتر محدود شوند. از محدودیت عرضی انتظار می‌رود تا در نتیجه یک تقسیم شدگی پراکندگی انرژی دو بعدی (2D) اصلی از گرافن را در یک تعدادی از حالت‌های یک بعدی (1D) را بدست آوریم. با توجه به شرایط مرزی، برخی از این مجموعه‌های حالت‌های یک بعدی از طریق نقطه تقاطع باند هدایت و ظرفیت عبور نمی‌کنند، و این نوارهای گرافنی شبه یک بعدی نیمه هادی‌هایی با انرژی گاف محدود می‌شوند. خواص GNRها کمی متفاوت از آن گرافن خواهد بود، به طور مثال انتظار می‌رود تا تحرک حامل با افزایش گاف، کاهش یابد [9].

در این گزارش ما سوئیچینگ میدان و انتقال در دماهای متفاوت در GNRهای باریک ساخته شده توسط لیتوگرافی اشعه الکترونی و روش‌های اچینگ تشریح شده‌اند. این نوارها به باریکی 20 نانومتر اندازه‌گیری شده‌اند. مانند CNTها، GNRها دارای نواقصی است که می‌تواند باعث پراکندگی حامل‌ها شود. این نواقص می‌توانند ساختاری، شیمیایی یا سایت‌های زیرلایه بار باشند. علاوه بر این، بر خلاف CNTها که در آن شرایط مرزی وجود دارند، GNRها دارای لبه‌هایی با حالت‌های محلی [10] دارد که همچنین می‌تواند اثر انتقال را نشان دهد. چنانچه GNRهای بسیار باریک نیاز به گافی حتی بزرگتر از قطر CNTها دارند، اثر لبه‌ها می‌تواند ضروری باشد. سوال دیگر که به پراکندگی ارتباط دارد مشکل نویز الکتریکی است. همان طور که می‌دانیم نویز با کاهش سایز، چنانچه توسط قانون هوگ [11] گفته شده، افزایش می‌یابد. در مورد این نوع CNTها بدست آمده است که شکل غالب این نویز‌‌ها، نویز  است و این نویز‌ها از نوسان بار از جمله تله‌های زیرلایه نشأت می‌گیرند [12]. از این رو، پیدا کردن آن بسیار مهم است اگر جلوگیری‌های مشابه برای GNRها درست باشند.

آزمایش

ورقه‌های گرافن توسط شکاف میکرومکانیکی [3] از گرافیت پیرولیتی بسیار منظم سه بعدی (HOPG)[1] استخراج شده بر روی زیرلایه Si سنگین p دوپ شده پوشیده شده با یک لایه SiO₂ به اندازه 200 نانومتر رسوب گذاری شده است. از نیروی اتمی میکروسکوپی (AFM)[2] برای اندازه‌گیری ضخامت ورقه برای تشخیص اینکه آیا این ورقه تک لایه یا چند لایه گرافنی است استفاده می‌شود. گرافن با لیتوگرافی اشعه الکترونی الگودهی شده، توسط یک پلاسمای اکسیژن فرایند اچینگ در مقاومت e-beam، HSQ دنبال شده، به عنوان ماسک اچینگ استفاده شد، و GNRهایی با عرض‌های متفاوت را شکل داده است. همانطور که در تصویر SEM در شکل 1 نمایش داده شده است، اتصالات سورس درین پالادیوم (Pd) بر روی بالای GNR رسوب گذاری شده و سه ترمینال قطعه ترانزیستور اثر میدانی (FET) با زیرلایه Si به عنوان بک گیت استفاده می‌شود شکل می‌گیرند. همه قطعات ساخته شده دارای یک طول کانال 1 میکرومتری هستند، و عرض GNRهای مورد مطالعه در بازه‌ای از 20 نانومتر تا 500 نانومتر می‌باشد.

توجه

• برای دانلود فایل کامل ورد لطفا اقدام به خرید نمایید.
• پس از خرید بلافاصله لینک دانلود فایل برای شما ایمیل خواهد شد.