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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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