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莫纳什大学Semonti Bhattacharyya和Michael S. Fuhrer等--机械转移大面积Ga2O3钝化石墨烯和抑制界面声子散射
       本研究通过在液态Ga金属上合成的超薄非晶Ga2O3的机械转移,展示了石墨烯的大面积钝化层。对SiO2/Si上的毫米级钝化石墨烯和裸石墨烯的温度相关电测量的比较表明,钝化石墨烯保持了应用所需的高场效应迁移率。令人惊讶的是,由于高介电常数Ga2O3屏蔽SiO2的表面光学声子模式和相对高的Ga2O3特征声子频率的相互作用,在低于220K的温度范围内,钝化石墨烯的温度依赖性电阻率降低。拉曼光谱和电学测量表明,Ga2O3钝化还保护石墨烯免受进一步处理,如等离子体增强的Al2O3原子层沉积。
 
图1.在Gr上转移的Ga2O3薄膜的表征(SiO2上CVD生长的单层石墨烯/单层h-BN膜)。(a)镓金属被定位为使用盖玻片在PPC/Gel-Pak聚合物叠层上滚动,(b)Ga2O3在与一些镓金属残留物滚动后,可以用剃刀切掉,(c)将Ga2O3膜转移到Gr/SiO2/Si器件上,以及(d)去除聚合物残留物后的器件的示意图。(e) 切割成尺寸后PPC上Ga2O3的光学暗场显微照片。银色的点是液态镓液滴。中心的Ga2O3片与液态镓接壤。比例尺为200μm。(f) 在Gr器件上转移的Ga2O3(器件上的深蓝色片)的Brightfield光学显微照片。比例尺为50μm。(g) 通过间歇接触原子力显微镜(AFM)获得的Gr片上Ga2O3的地形图像。图像左侧显示裸露的Gr,图像右侧显示Ga2O3覆盖的Gr。如重叠线轮廓所示,平均高度差为7.3nm,比例尺为2μm。
 
图2.Ga2O3覆盖和裸Gr场效应器件的栅极电压和温度相关电输运测量。(a) Ga2O3转移后Gr器件的示意图和(b)光学显微镜图像。比例尺为200μm。(c) 纵向电导率σ和(d)场效应迁移率μFE作为栅极电压Vg的函数,在100 K下,裸Gr和Ga2O3覆盖的Gr在最小电导率Vg,min下的栅极电压偏移。
  
图3.远程光学声子(ROP)散射。(a) ROP对电阻率(ρROP)的贡献从裸(填充)和Ga2O3覆盖(空心)石墨烯中电阻率(ρ)的温度依赖性(T-)中提取。使用等式1的拟合用虚线表示裸露的Ga2O3覆盖的Gr。对于每个栅极电压,从26到66 V,通过4 V步长,ρROP偏移40Ω。(b) 裸和Ga2O3覆盖Gr.中SO声子的计算频率和耦合强度虚线表示相应的体模声子频率。(c) 不同介电系统中石墨烯电阻率(ρROP)的模型ROP散射贡献。
 
图4.Ga2O3作为石墨烯上的保护层,防止Al2O3的等离子体增强原子层沉积(ALD)。拉曼光谱显示(a)裸石墨烯和(b)Ga2O3覆盖石墨烯的D、G和2D峰。(c,e)裸Gr和(d,f)Ga2O3覆盖Gr的电导率(σ)和场效应迁移率(μFE)的栅极依赖性。显示了ALD工艺之前(浅色)和之后(深色)相同样品的数据。拉曼和传输数据取自室温下的不同样品。
  
      相关研究成果由莫纳什大学Semonti Bhattacharyya和Michael S. Fuhrer等人2022年发表在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。

转自《石墨烯研究》公众号
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