2004 blev allmänheten för första gången bekant med grafen - ett anmärkningsvärt tunt, flexibelt och elektriskt ledande material med betydande styrka. Men att utnyttja grafens potential som en komponent har inneburit många utmaningar.
Till exempel att skapa elektrodbaserade transistorer kräver avsättning av extremt tunna dielektriska filmer. Tyvärr har denna process lett till en minskning av grafens elektriska egenskaper och orsakat defekter under implementeringen.
En forskargrupp bestående av medforskare inklusive professor Jihwan An från institutionen för maskinteknik vid Pohang University of Science and Technology (POSTECH), Dr. Jeong Woo Shin från institutionen för maskinteknik vid NTU Singapore och Geonwoo Park från institutionen av MSDE vid SEOULTECH använde ett nytt tillvägagångssätt som kallas UV-assisterad atomskiktsdeposition (UV-ALD) för att behandla grafenelektrod.
Denna banbrytande teknik resulterade i framgångsrik produktion av högpresterande grafen-dielektriskt gränssnitt. Deras resultat presenterades i Avancerat elektroniskt material .
Forskargruppen blev först med att applicera UV-ALD på deponering av dielektriska filmer på ytan av grafen som är ett 2D-material. Atomic layer deposition (ALD) innebär att man lägger till ultratunna lager i atomär skala till ett substrat, och dess betydelse har ökat avsevärt i takt med att halvledarkomponenter har krympt i storlek. UV-ALD, som kombinerar ultraviolett ljus med avsättningsprocessen, möjliggör mer dielektrisk filmplacering än traditionell ALD. Ingen hade dock utforskat tillämpningen av UV-ALD för 2D-material som grafen.
Forskargruppen använde UV-ljus med ett lågenergiområde (under 10 eV) för att avsätta dielektriska filmer i atomskiktet på grafenytan, vilket effektivt aktiverade grafenytan utan att kompromissa med dess inneboende egenskaper. Denna aktivering uppnåddes under specifika förhållanden (inom 5 sekunder per cykel under ALD-processen), vilket visar möjligheten att avsätta dielektriska filmer med hög densitet och hög renhet i atomskiktet vid låga temperaturer (under 100 ℃).
Dessutom, när grafenfälteffekttransistorer tillverkades med UV-ALD-process, förblev grafenens exceptionella elektriska egenskaper intakta. Resultatet var en trefaldig ökning av laddningsrörlighet och en signifikant minskning av Dirac-spänningen på grund av de minskade defekterna på grafenytan.
Professor Jihwan An som ledde forskningen förklarade:"Genom UV-ALD uppnådde vi högpresterande grafen-dielektriskt gränssnitt." Han tillade vidare, "Vår studie resulterade i enhetlig atomlageravsättning utan att kompromissa med egenskaperna hos detta 2D-material. Jag hoppas att denna utveckling kommer att bana väg för nästa generations halvledare och energienheter."
Mer information: Geonwoo Park et al, högpresterande grafen-dielektriskt gränssnitt genom UV-assisterad atomskiktsavsättning för grafenfälteffekttransistor, Avancerat elektroniskt material (2023). DOI:10.1002/aelm.202300074
Tillhandahålls av Pohang University of Science and Technology
