p (PhysOrg.com) - Uma técnica que usa hidrogênio para melhorar o desempenho do transistor em dispositivos de grafeno do mundo real foi demonstrada em escala de wafer por pesquisadores do Penn State’s Electro-Optics Center (EOC). Em um artigo publicado em 1º de agosto, 2011, edição online de Nano Letras , os pesquisadores demonstraram uma melhora de 3x na mobilidade de elétrons do grafeno epitaxial cultivado na face de silício de uma pastilha de carboneto de silício de 100 mm, bem como uma melhoria semelhante no desempenho do transistor de radiofrequência. p “Existem duas faces para um wafer de carboneto de silício, ”Explica o cientista de materiais EOC Joshua Robinson. “Grafeno cultivado na face de carbono geralmente tem maior mobilidade de elétrons, mas isso é porque abaixo da camada de grafeno crescida na face de silício há uma camada tampão rica em carbono ligada ao carboneto de silício que atua para espalhar elétrons, reduzindo assim sua mobilidade. Se você puder se livrar da camada de buffer, os elétrons irão muito mais rápido, o que significa que seus dispositivos funcionarão mais rápido. Também é mais fácil controlar a espessura do grafeno na face de silício, o que é crucial se você deseja fazer dispositivos em escala de wafer altamente uniformes. Isso é o que temos sido capazes de fazer. ”

p O papel, intitulado “Epitaxial Graphene Transistors:Enhancing Performance via Hydrogen Intercalation, ”Relata uma frequência de corte extrínseca de 24 GHz no desempenho do transistor, o mais alto relatado até agora em um dispositivo de grafeno epitaxial do mundo real, os autores acreditam. (A frequência de corte extrínseca é uma medida da velocidade do dispositivo sob condições operacionais, e é normalmente uma fração das velocidades intrínsecas frequentemente relatadas.) A técnica de hidrogenação, que foi desenvolvido pela primeira vez por um grupo na Alemanha (Riedl, et al .; Phys. Rev. Lett. 2009, 103, 246804), envolve transformar a camada de buffer em uma segunda, camada de grafeno de flutuação livre com a espessura de um átomo por meio da passivação de ligações de carbono pendentes usando hidrogênio. Isso resulta em duas camadas flutuantes de grafeno. Pesquisadores da Penn State, liderado por Joshua Robinson e David Snyder, implementaram uma etapa de processo adicional para seu processo de síntese de grafeno em escala de wafer que converte totalmente a camada de buffer em grafeno. Com esta técnica de hidrogenação, as estruturas de teste de grafeno epitaxial mostraram um aumento de 200-300% na mobilidade do portador, de 700-900 cm ² / (V s) a uma média de 2050 cm ² / (V s) no ar e 2375 cm ² / (V s) no vácuo.

p A equipe da Penn State, que inclui o autor principal Robinson, David Snyder, Matthew Hollander, Michael LaBella, III, Kathleen A. Trumbull e Randy Cavalero, pretende usar esta técnica para melhorar o desempenho do transistor em dispositivos de radiofrequência. “A condução ambipolar do grafeno permite simplificar os circuitos, enquanto sua alta mobilidade e velocidade do elétron fornecem um meio de se chegar à operação em terahertz. O problema é que a resposta de frequência exemplar relatada até o momento na literatura não é o desempenho no mundo real. A hidrogenação e o dimensionamento do dispositivo nos aproximam muito do verdadeiro desempenho de alta frequência, ”Robinson comenta.

p Em um segundo artigo na mesma edição de Nano Letras , o grupo também relata uma nova técnica de semeadura de óxido por deposição de camada atômica que desenvolveram para depositar materiais dielétricos em grafeno epitaxial em escala de wafer. Sua técnica resultou em um aumento de desempenho de 2-3x em relação aos métodos de semeadura mais tradicionais. Os autores acreditam que esses dois avanços constituem os próximos blocos de construção na criação de tecnologias baseadas em grafeno viáveis ​​para uso em aplicações de radiofrequência. O segundo artigo, “Melhor desempenho de transporte e transistor com óxido semeado com dielétricos de porta de alto k em grafeno epitaxial em escala de wafer, ”Foi coautor de Matthew J. Hollander, Michael LaBella, Zachary R. Hughes, Michael Zhu, Kathleen A. Trumbull, Randal Cavalero, David W. Snyder, Xiaojun Wang, Euichul Hwang, Suman Datta, e Joshua A. Robinson, tudo em Penn State.