[论文解读] High-Quality BN-Graphene-BN Nanoribbon Capacitors Modulated by Graphene Side-gate Electrodes

Yang Wang, Xiaolong Chen+7 more|arXiv (Cornell University)|Oct 31, 2014

Graphene research and applications被引用 5

一句话总结

本研究展示了具有双石墨烯侧栅的高质量 h-BN–石墨烯–h-BN 纳米带电容器，通过静电栅控实现了对石墨烯电子性质的强调控。尽管实验控制极为出色，但理论上预测的负量子电容并未被观测到，这可能是由于石墨烯纳米带与侧栅电极之间的相互作用被削弱或高估所致。

ABSTRACT

High-quality BN-Graphene-BN nanoribbon capacitors with double side-gates of graphene are experimentally realized. Graphene electronic properties can be significantly modulated by the double side-gates. The modulation effects are very obvious and followed the metallic electrode behavior of numerical simulations, while the theoretically predicted negative quantum capacitance was not observed, possibility due to the over-estimated or weakened interactions between the graphene nanoribbon and side-gate electrodes.

研究动机与目标

• 制备具有精确电控能力的高质量 h-BN–石墨烯–h-BN 纳米带异质结。
• 利用双石墨烯侧栅研究对石墨烯纳米带性质的静电调控。
• 实验测试在栅控石墨烯体系中负量子电容的理论预测。
• 理解在二维范德华异质结中理论模拟与实验观测之间的差异。

提出的方法

• 采用机械剥离和干转移技术制备 h-BN–石墨烯–h-BN 纳米带异质结。
• 使用双石墨烯侧栅在中心石墨烯纳米带施加静电场。
• 进行电输运测量以表征石墨烯电子性质的调控。
• 将实验结果与假设电极行为为金属的数值模拟进行比较。
• 利用高分辨透射电子显微镜和电学表征确认结构与电子质量。
• 从微分电导测量分析量子电容，以探测电子密度和载流子响应。

实验结果

研究问题

• RQ1 双石墨烯侧栅能否有效调控悬空 h-BN–石墨烯–h-BN 纳米带的电子性质？
• RQ2 实验结果在多大程度上与假设电极行为为金属的数值模拟一致？
• RQ3 为何在此高质量异质结体系中未观测到负量子电容？
• RQ4 石墨烯纳米带与侧栅电极之间的界面相互作用如何影响观测到的电子行为？
• RQ5 h-BN封装质量和界面在抑制预期的量子电容效应中起到何种作用？

主要发现

• 成功制备并表征了具有双石墨烯侧栅的高质量 h-BN–石墨烯–h-BN 纳米带电容器。
• 观测到石墨烯电子性质的显著调控，与模拟中金属栅行为一致。
• 理论上预测的负量子电容在该器件中未被实验观测到。
• 负量子电容的缺失归因于石墨烯纳米带与侧栅电极之间相互作用的削弱或高估。
• 实验结果表明，界面耦合效应可能比理论模型假设的要弱。
• 异质结的高结构与电学质量证实了其在未来的二维电子器件中的潜力。