Figure 1. Micrographies optiques du graphène cultivées sur du papier de cuivre par méthode CVD. (B) - (c) topographie STM du graphène sur la feuille de cuivre. (D) La région de la boîte bleue dans (c) (E) l'image STM de résolution atomique au motif molaire de la Fig. (D). Fig. 10 (a); lt;
Figure 2. (a) Photomicrographies de dendrites transférées sur des substrats de SiO2 / Si. (B) Des spectres Raman correspondant aux trois régions en (a).
Figure 3. (a) - (b) Diagramme schématique des propriétés de transport des dendrites des deux côtés des dendrites au moyen d'une méthode à quatre sondes. (C) Test de transport à quatre sondes de la limite de grain du graphène (d) ) Pour obtenir la résistivité des limites de grains de graphène et le modèle de mobilité des transporteurs.
Figure 4. (a) Résistance bidimensionnelle de la limite intérieure et transversale (GB-1) du graphène à deux cristaux avec la courbe de concentration du support. (B) les courbes des données expérimentales des limites transversales des grains et les données adaptées au modèle. (C) Les courbes de la résistivité des trois limites de grains de graphène différentes avec la concentration du porteur. (D) Les résultats du test de transport des rides-1 et un cristal de graphène sont représentés dans le côté gauche du graphique, qui est une micrographie optique du test de transport de graphes. L'illustration du côté droit montre le grossissement du graphène (E) Courbe de contraste entre les données du test de transport de plis croisé et les données montées selon le modèle (f) Courbe de résistivité des plis de graphène avec concentration de support.
Figure 5. (a) Conductivité bidimensionnelle à différentes concentrations de porteuse au GB-S1 dans les limites de grain de graphène La mobilité de porteurs de trous et d'électrons peut être obtenue en ajustant les régions linéaires des deux côtés de la courbe. b) la mobilité du porteur de sept groupes de limites de grains de graphène et deux ensembles de plis de graphène.
Les quasi-particules (comme les excitons, les fermions de Dirac, etc.) des matériaux à cristaux atomiques bidimensionnels représentés par le graphène, comme le montre le confinement quantique, présentent de nouvelles propriétés quantiques telles que l'atmosphère quantique à température ambiante et favorisent les nouveaux électrons apparentés, L'application de dispositifs optoélectroniques et d'autres recherches connexes. Pour obtenir les caractéristiques intrinsèques de transport électrique, les propriétés photoélectriques et d'autres propriétés physiques, et même l'application ultime du dispositif est la vaste zone, la croissance de l'échantillon de haute qualité. Au cours des dernières années, l'Académie chinoise des sciences Institut de Physique / Pékin cohésion Laboratoire de physique de l'état (Groupe) Groupe de recherche académique de Gao Hongjun dans la préparation contrôlable du matériel atomique à deux dimensions contrôlée, le contrôle physique et les caractéristiques des dispositifs prototypes d'une série de résultats de recherche. Au début de 2007, ils ont d'abord pour l'extension de la Une grande surface de graphène monolithique de haute qualité a été obtenue à la surface du monocristal de métal ruthénium et le matériau de silicium semiconducteur a été inséré avec succès entre le graphène et le substrat métallique en 2012 pour former du graphène / silicium / La structure métallique, la réalisation du graphène dans l'application de dispositifs électroniques intégrés et de la technologie à base de silicium en 2015, ont proposé et confirmé le ' Dans cet article, l'effet synergique des atomes de silicium, du graphène et du substrat est révélé par le mécanisme d'intercalation des atomes de silicium induit par les défauts - les atomes passant - des défauts auto-réparables. J. Am. Chem. Soc. 137, 7099 (2015) Dans le même temps, ils ont également réussi à remplacer le bore dopant sur le graphène epitaxial Ru (0001) à température ambiante, fournissant une référence précieuse pour la réalisation du dopage des trous du graphène 'Nano Lett. 15, 6464 (2015) '. Cette série de résultats est importante pour l'électronique graphène.
Une autre méthode couramment utilisée pour la synthèse du graphène à l'heure actuelle est l'utilisation de dépôt chimique en phase vapeur (CVD) sur la feuille de cuivre pour synthétiser le graphène sur l'ordre des millimètres ou même des centimètres. Cependant, le graphène synthétisé par la méthode CVD a habituellement Les limites de grain entre ces domaines de graphène polycristallin sont composées d'anneaux à six chaînons torsadés et d'anneaux à six chaînons (anneaux à cinq chaînons, bagues à sept chaînons et anneaux à huit chaînons) dans la microstructure. En l'absence de ces défauts, les transporteurs introduisent une diffusion supplémentaire, ce qui entraîne une diminution de la conductivité et de la mobilité, ce qui limite l'application du graphène dans le domaine des circuits électroniques. En général, deux méthodes sont couramment utilisées pour caractériser les cristaux de graphène Et l'autre est basé sur la méthode du microscope de sonde de balayage, le premier introduira la pollution de la surface du graphène et affectera ainsi les propriétés intrinsèques du graphène. Il faut beaucoup de temps pour positionner les limites des grains de graphène, telles que les potentiomètres de tunnel à balayage (STP) et Kelvin Atomic Force Microscope (KPFM), etc. Alors, quelle est la rapidité de réalisation du graphène Des domaines et des limites de grain mesurées propriétés de transport électrique intrinsèque, présentant un défi important.
Afin d'effectuer efficacement l'étude des caractéristiques de transport électrique intrinsèque de la structure à faible dimension, l'équipe de recherche a révolutionné un système commercial de microscopie à tunnel à balayage à quatre sondes (STM) qui a considérablement amélioré le rapport signal sur bruit du système, La stabilité de la température, la résolution de l'imagerie et les performances de refroidissement. Rev. Sci. Instrum., 88 (6) 063704, 2017 '. En utilisant un système à quatre sonde complètement modifié, ils ont été transférés sur des substrats de SiO2 / Si (6) 066801, 2017 '. Récemment, le groupe d'étude de Ph.D. Ma Ruisong, chercheur associé Bao Lihong et ainsi de suite en utilisant les quatre sondes STM sur la résistivité des limites de grain de graphène et la mobilité et d'autres caractéristiques de transport de l'étude approfondie du système.
On a constaté que la taille du graphène cultivé sur du papier de cuivre par méthode CVD est de l'ordre du millimètre, y compris le graphène monocristallin, le graphène dendritique et le graphène polycristallin avec un contour hexagonal. La continuité et la haute qualité de la région monocristalline du graphène. Le travail de recherche se concentre principalement sur le graphène dendritique transféré sur le substrat SiO2 / Si, assurant ainsi l'unicité de la limite de grain du graphène. La mesure Raman montre que, Les propriétés monocouches des dendrites et les faibles propriétés des défauts. Les chercheurs ont obtenu la résistivité des limites du grain de graphène en utilisant une méthode à quatre sondes. Tout d'abord, ils ont utilisé la capacité entre la porte et la sonde comme signal d'alimentation en aiguille, Quatre sondes STM ont été utilisées comme électrodes ponctuelles pour mesurer la résistance bidimensionnelle des deux côtés du graphène dendritique et la résistance aux limites des grains transversaux. Afin d'extraire la résistivité des limites du grain de graphène, ils ont établi un modèle d'expansion de la limite des grains, (GB-1) est obtenu avec la courbe de concentration de support sur les deux côtés du graphène quadrangulaire, et on obtient le changement de résistance bidimensionnelle avec la concentration de support. Modèle, ils peuvent être bons La résistivité aux limites de grain du graphène à différentes concentrations de support a été ajustée et la méthode a été appliquée à l'essai de transport des plis de graphène pour obtenir la résistivité aux plis, et en outre, selon les différents supports Les résultats montrent que la mobilité de la limite du grain de graphène est inférieure à celle du graphène intrinsèque de trois à quatre ordres de grandeur, ce qui est inférieur à celui du graphène intrinsèque, en utilisant le modèle de transport de Drude pour extraire la mobilité du porteur à la limite du grain ou aux franges du graphène , Et le taux de migration aux plis est d'environ 1/6 à 1/5 du graphène intrinsèque.
Cet article élargit la compréhension des caractéristiques intrinsèques de transport d'électrons des limites / plis des grains de graphène et démontre les avantages uniques des systèmes de microscopie à tunnel à balayage à quatre sondes dans l'étude des effets des microstructures telles que les défauts sur les propriétés de transport des matériaux, Mais fournit également une méthode faisable pour la caractérisation des propriétés de transport d'autres limites de grain bidimensionnelles.
Les résultats ont été récemment publiés en ligne chez Nano Letters (DOI: 10.1021 / acs.nanolett.7b01624). Dans cette étude, l'équipe de physique a travaillé avec le groupe de recherche de l'Institut chinois de chimie Liu Yunqi et le professeur de l'Université Vanderbilt des États-Unis, Sokrates T. Pantelides, a mené une coopération Le travail a été financé par le ministère de la Science et de la Technologie, la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine et l'Académie chinoise des sciences.
