[論文レビュー] Evidence of large low-frequency resistance noise in chemical vapor deposited graphene

Atindra Nath Pal, Ageeth A. Bol+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 8, 2010

Graphene research and applications被引用数 1

ひとこと要約

本研究では、Si/SiO2基板上に化学気相成長（CVD）法で成長した単層グラフェンの抵抗ノイズを調査し、予想外に大きな低周波数ノイズレベルを明らかにした。ホーゲ方程式を用いてモデル化したところ、ホーゲパラメータは0.1–0.5に達し、剥離法やエpitaxialグラフェンと比べて顕著に高く、ゲート電圧や温度に弱い依存性を示した。

ABSTRACT

We report a detailed investigation of resistance noise in single layer graphene films on Si/SiO2 substrates obtained by chemical vapor deposition (CVD) on copper foils. We find that noise in these systems to be rather large, and when expressed in the form of phenomenological Hooge equation, it corresponds to Hooge parameter as large as 0.1 − 0.5. We also find the variation in the noise magnitude with the gate voltage (or carrier density) and temperature to be surprisingly weak, which is also unlike the behavior of noise in other forms of graphene, in particular those from exfoliation or epitaxial growth.

研究の動機と目的

• 化学気相成長（CVD）法で成長したグラフェンがSi/SiO2基板上に形成された場合の抵抗ノイズの原因および大きさを調査すること。
• 通常は低いノイズレベルを示す剥離法やエpitaxialグラフェンと比較して、CVD法で成長したグラフェンのノイズ特性を調査すること。
• CVD法で成長したグラフェンにおけるキャリア密度（ゲート電圧による制御）および温度に伴うノイズの依存性を理解すること。

提案手法

• 標準的な四端子プローブ法を用いて、Si/SiO2基板上にCVD法で成長した単層グラフェン膜の低周波数抵抗ノイズを測定すること。
• キャリア密度を調整するためのゲート電圧を系統的に変化させ、ノイズの大きさに及ぼす影響を評価すること。
• さまざまな温度範囲における抵抗ノイズの温度依存性を調査すること。
• 測定されたノイズスペクトルからホーゲパラメータを抽出するために、現象論的ホーゲ方程式を適用すること。
• 剥離法やエpitaxialグラフェン系に報告されたノイズ行動と比較すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Si/SiO2基板上にCVD法で成長した単層グラフェンにおける低周波数抵抗ノイズの大きさはいかほどか？
• RQ2 CVD法で成長したグラフェンにおけるノイズレベルは、剥離法やエpitaxialグラフェンにおけるノイズと定量的に比較してどう異なるか？
• RQ3 CVD法で成長したグラフェンにおける抵抗ノイズは、ゲート電圧（キャリア密度）にどのように依存するか？
• RQ4 温度はCVD法で成長したグラフェンにおける抵抗ノイズにどのように影響するか？

主な発見

• CVD法で成長したグラフェンにおける抵抗ノイズは、他のグラフェン形態で通常観察されるものよりも顕著に大きく、ホーゲパラメータは0.1～0.5の範囲に達する。
• ホーゲパラメータはゲート電圧の範囲にわたり相対的に一定であり、キャリア密度への依存性が弱いことが示された。
• ノイズの大きさは予想に反し、温度依存性が非常に弱く、剥離法やエpitaxialグラフェンで観察される挙動とは対照的である。
• CVD法で成長したグラフェンにおける大きなノイズレベルは、高品質グラフェンに支配的な標準的メカニズムでは説明できないため、欠陥や基板相互作用の影響が考えられる。