Großflächige, uniforme Graphen-Nanomeshes für hochschnelle Terahertz-Detektion bei Raumtemperatur

Zusammenfassung

In den letzten Jahren hat Graphen-Nanomesh (GNM), ein Material mit hoher Flexibilität und einstellbaren elektronischen Eigenschaften, aufgrund seiner breiten Anwendungen in Nanowissenschaft und Nanotechnologie beträchtliche Aufmerksamkeit erregt. Hier haben wir großflächige, uniforme Arrays von rechteckigem Graphen-Nanomesh (r-GNM) und kreisförmigem Graphen-Nanomesh (c-GNM) mit unterschiedlichen Halsbreiten durch Elektronenstrahllithografie (EBL) hergestellt. Die elektronischen Eigenschaften dieser hochwertigen GNM-Proben wurden systematisch charakterisiert. Elektrische Messungen zeigten, dass top-gated Feldeffekttransistoren mit unterschiedlichen Halsbreiten des GNM unterschiedliche I_on/I_off Verhältnisse besitzen. Insbesondere wiesen Geräte basierend auf r-GNM mit einer Halsbreite von 30 nm das größte I_on/I_off Verhältnis von ~100 auf, und die Bandlücke des r-GNM wurde auf 0,23 eV geschätzt, was nach bestem Wissen der Autoren der höchste Wert für Graphen-Nanobänder oder ein GNM mit Halsbreite unter 30 nm ist. Darüber hinaus wurde die Terahertz-Antwort von großflächigen r-GNM-Geräten basierend auf dem photoleitenden Effekt auf 10 mA/W bei Raumtemperatur geschätzt. Wir untersuchten auch die praktische Anwendung der Terahertz-Bildgebung und zeigten, dass die Geräte in einem realistischen Setting mit einer Ansprechzeit < 20 ms eingesetzt werden können; dies ermöglicht präzise und schnelle Bildgebung makroskopischer Proben.

Hintergrund

Graphen, eine einzelne Lage eines sp²-hybridisierten Kohlenstofffilms, hat in den letzten Jahren große Aufmerksamkeit erregt, da es einzigartige optoelektronische Eigenschaften besitzt, wie hohe Ladungsträgermobilität, Null Bandlücke und frequenzunabhängige Absorption. Diese Eigenschaften erleichtern potenzielle Anwendungen in Nanoelektronik, Nanokompositen, chemischen Sensoren, Biosensoren und Photodetektoren. Die Null-Energielücke von Graphen begrenzt jedoch seine Anwendungen in elektronischen und photonischen Geräten. Daher ist es hochwünschenswert, die Energielücke von Graphen zu öffnen und dadurch das I_on/I_off Verhältnis zu verbessern. Es ist allgemein anerkannt, dass die Bandlücke von Graphen durch verschiedene Methoden eingestellt werden kann, einschließlich Anlegen eines elektrischen (oder magnetischen) Feldes an bilayer Graphen, chemischem Dotieren, Anlegen von Dehnung und Umstrukturierung der Nanostruktur von Graphen. Beispielsweise führten Cheng et al. 2017 chemisch reguliertes Graphen mit eingebauten Heteroatomen in das Waben-Gitter ein und demonstrierten mikrostruktur-angepasste Nanosheets (z.B. 0D Quantenpunkte, 1D Nanobänder, 2D Nanomeshes), die die Bandlücke erweiterten und spezielle chemische und physikalische Eigenschaften von Graphen induzierten, mit vielversprechenden Anwendungen in Aktuatoren und Stromgeneratoren. Unter allen Methoden zur Bandlücken-Einstellung ist die Umstrukturierung der Nanostruktur von Graphen derzeit der bequemste Weg, da sie die inhärenten elektronischen Eigenschaften von Graphen minimiert. Die Eigenschaften von Graphen ändern sich, wenn es auf Nanostrukturen skaliert wird, wie Graphen-Nanobänder (GNR), Graphen-Nanoringe und Graphen-Nanomeshes. Sun et al. schlugen eine einfache Methode vor, um eine vergleichbare Bandlücke in Graphen zu öffnen, indem es zu einem GNR verengt wird, und setzten es in FETs ein, wobei große I_on/I_off Verhältnisse von ~47 und ~105 bei Raumtemperatur und 5,4 K erreicht wurden. Die Fertigung langer, schmaler GNRs ist jedoch schwierig, was ein Hindernis für die Anwendung nanoelektronischer Geräte darstellt. Graphen-Nanomesh (GNM), eine einfachere herzustellende Nanostruktur, kann eine Bandlücke in großen Graphen-Folien öffnen, und FETs basierend auf GNMs können Ströme fast 100-mal größer als einzelne GNR-Geräte unterstützen. 2017 nutzten Yang et al. ein mesoporöses Silica (meso-SiO₂) Template zur Herstellung von GNM FETs mit verbesserten Ein-/Aus-Verhältnissen und konstruierten hochempfindliche Biosensoren zum selektiven Nachweis des humanen epidermalen Wachstumsfaktorrezeptors 2. Dies bewies weiter, dass das Zuschneiden von Graphen in GNM eine effektive Methode zur Bandlücken-Öffnung ist. Im Allgemeinen können GNMs durch Nanoimprint-Lithografie, template-assistierte Lithografietechnologie und selbstorganisiertes Wachstum hergestellt werden. Haghiris Gruppe berichtete über die Herstellung einer großflächigen GNM für markierungsfreie DNA-Detektion mittels Nanoimprint-Lithografie. Dennoch war die Halsbreite der GNM zu groß (~260 nm), um die Energielücke zu öffnen. Zang et al. demonstrierten eine neuartige template-assistierte Methode zur Herstellung von GNM unter Verwendung einer anodischen Aluminiumoxid-Membran als Pattern-Maske mit Hilfe von O₂-Plasma-Ätzen. Die meisten GNMs werden hergestellt, indem eine nanostrukturierte Template oder Nanopartikel als Schutzmaske für die Umformung der Graphen-Schicht vorgefertigt werden. Die Synthese der Nanomaske ist jedoch relativ komplex, und die Halsbreite der GNM ist schwer zu kontrollieren, um die Herstellung großskaliger, uniformer Arrays zu realisieren.

Hierin wurden großskalige, uniforme Arrays von rechteckigen Graphen-Nanomeshes (r-GNMs) und kreisförmigen Graphen-Nanomeshes (c-GNMs) mit unterschiedlichen Halsbreiten erfolgreich durch Elektronenstrahllithografie (EBL) strukturiert. Zusätzlich wurden GNM-basierte Terahertz-Detektoren auf Basis des photoleitenden Effekts von Graphen gefertigt. Elektrische Messungen wurden bei Raumtemperatur durchgeführt, um weiteren Einblick in den Einfluss der Halsbreite in unseren GNMs auf die Detektorleistung zu gewinnen, was zeigte, dass Geräte mit unterschiedlichen Halsbreiten des GNM unterschiedliche I_on/I_off Verhältnisse und Bandlücken besitzen. Es wurde festgestellt, dass der Strom der c-GNM-basierten Geräte größer war als der der r-GNM-basierten Geräte, während das I_on/I_off Stromverhältnis kleiner war; dies könnte auf größere Kantrauheit im r-GNM zurückzuführen sein. Anschließend wurden auch die Terahertz-Photoströme von r-GNM-Geräten mit unterschiedlichen Größen gemessen, was den photoleitenden Effekt dieser neuartigen Struktur demonstrierte. Schließlich wurde die Anwendung der Terahertz-Bildgebung basierend auf den r-GNM-Geräten mittels eines bifokalen Bildgebungssystems demonstriert.

Experimenteller Teil

Herstellung der Detektoren

Großflächiges Einlagengraphen wurde durch chemische Gasphasenabscheidung auf einem Kupfersubstrat gewachsen. Es wurde dann mittels Polymethylmethacrylat (PMMA)-assistierter Nass-Transfertechniken auf stark dotierte p-typ Si-Substrate mit einer 285-nm SiO₂ Schicht transferiert. Quellen- und Drainelektroden (50 nm dickes Au) wurden über dem Graphen durch Elektronenstrahlverdampfung gefolgt von einer Standard-Metall-Lift-off-Technik abgeschieden. Der Abstand zwischen den beiden Elektroden betrug 14 µm. Im zweiten Schritt nutzten wir EBL-Technologie zur Herstellung zweier Arten von Nanomesh-Graphen: r-GNM und c-GNM. Der EBL-Fertigungsweg von r-GNM und c-GNM ist in Abb. 1 dargestellt. Nach dem Transfer von Graphen auf das Substrat wurde der positive E-Beam-Resist PMMA auf das Graphen-Sample aufgesponnen und strukturiert, um eine Ätzmaske zu bilden. Die gewünschte Form und Größe kann durch die Maske bestimmt werden. Danach wurde das der Luft ausgesetzte Graphen mit Sauerstoffplasma bei 5 Pa und 100 W für 5 s weggeätzt. Anschließend wurde eine Lösung aus Isopropanol zu Methylisobutylketon (3:1) verwendet, um das PMMA wegzuätzen, gefolgt von der Abscheidung von Siliziumnitrid (Si₃N₄) Gate-Dielektrika durch plasmaverstärkte chemische Gasphasenabscheidung (PECVD). Schließlich wurde die Gate-Elektrode über dem Si₃N₄ durch Elektronenstrahlverdampfung abgeschieden.

Illustration des Fertigungsprozesses eines GNM durch EBL

Probenanalyse

Morphologie und Struktur der synthetisierten r-GNM und c-GNM wurden durch Rasterelektronenmikroskopie (Hitachi, S-4800) charakterisiert. Die elektrischen Eigenschaften der Detektoren wurden durch einen Halbleiter-Parameter-Analysator (Agilent, 4294A) bei Raumtemperatur charakterisiert, während die optischen Eigenschaften der Geräte durch das hauseigene optische Messsystem getestet wurden.

Ergebnisse und Diskussion

Eine schematische Illustration der gefertigten Terahertz-Detektoren basierend auf c-GNMs ist in Abb. 2a dargestellt. Die Quellen- und Drainelektroden wurden auf dem SiO₂/Si-Substrat mit dem Einlagengraphen abgeschieden, das aus dem c-GNM ausgeschnitten wurde. Die typische geometrische Struktur des c-GNM ist in Abb. 2b gezeigt. Kontinuierliche großflächige GNMs mit Längen von 20 µm und Breiten von 60 µm wurden als Kanal verwendet. Da Graphen eine einlagige atomare Struktur ist, wählten wir zum Reduzieren von Schäden bei der Oxidschichterstellung den Siliziumnitrid (Si₃N₄) Niedrigtemperatur-PECVD-Prozess für die Dielektrikumschicht. Ein zusätzlicher Vorteil von Siliziumnitrid-Isolatoren gegenüber Siliziumoxid für Graphen-Geräte ist ihre höhere Oberflächen-Polar-Optische-Phononen-Frequenz ∼110 versus ∼56 meV für Siliziumoxid, was die Bedeutung von Fern-inelastischem Phononenstreuen im Graphen-Kanal verringern sollte. Um Geräte mit unterschiedlichen Nanostrukturen weiter zu untersuchen, wurden auch r-GNR-basierte Terahertz-Detektoren hergestellt, und die schematische Illustration ist in Abb. 2c gegeben. „W“ in Abb. 2b, d sind die Halsbreitenwerte, definiert als der minimale Abstand zwischen den benachbartsten Nanolöchern, was der kritischste Parameter im GNM ist.

a Schematische Illustration der gefertigten Terahertz-Detektoren basierend auf c-GNM. b Die strukturelle Schematik des c-GNM, wobei W die Halsbreite ist. c Schematische Illustration der gefertigten Terahertz-Detektoren basierend auf r-GNM. d Die strukturelle Schematik des r-GNM

Elektrische Messungen wurden bei Raumtemperatur durchgeführt, um weiteren Einblick in den Effekt der Halsbreite in unserem GNM auf die Detektorleistung zu gewinnen. Hier wurden vier r-GNM und c-GNM Arrays mit Halsbreiten von 30, 40, 50 und 60 nm jeweils durch EBL strukturiert. Abbildung 3a zeigt die REM-Bilder von r-GNMs mit verschiedenen Halsbreiten. Abbildung 3b illustriert die c-GNMs mit verschiedenen Halsbreiten. In dieser Arbeit ist die Halsbreite des GNM konsistent mit dem Layout-Design durch Kontrolle der Ätzzeit und Ätzleistung. Während der Fokussierung der REM-Fotos hat der Rasterelektron einen gewissen Effekt auf das Graphen, was zu Unterschieden in der REM-Bildfarbe des Graphens führt, aber die Maschenmorphologie und -größe des Graphen-Nanomeshs wird nicht beeinflusst. Wie diese Bilder deutlich zeigen, konnten sowohl c-GNM-Arrays als auch r-GNM-Arrays einheitlich im großen Maßstab mittels EBL hergestellt werden.

a REM-Bilder von c-GNMs mit Halsbreiten von (i) 60, (ii) 40, (iii) 50 und (iv) 30 nm. b REM-Bilder von r-GNMs mit Halsbreiten von (i) 60, (ii) 40, (iii) 50 und (iv) 30 nm

Um die elektronischen Eigenschaften des GNM zu untersuchen, wurden FET-Geräte basierend auf den GNMs mit Halsbreiten von 30, 40, 50 und 60 nm jeweils gefertigt. In gewissem Maße kann das GNM als hochvernetztes Netzwerk von GNRs betrachtet werden, und sowohl theoretische als auch experimentelle Arbeiten haben gezeigt, dass die Größe der Leitungsbandlücke umgekehrt proportional zur Bandbreite ist. Das heißt, eine schmalere Halsbreite wird ausreichende Bandlückenenergie für ausreichende Gate-Antwort und Ein-/Aus-Verhältnis liefern, und eine dichtere Maschenstruktur könnte höheren Strom ermöglichen.

Abbildung 4a zeigt die Transfercharakteristiken bei V_ds = 2 V für die Geräte basierend auf c-GNMs mit verschiedenen Halsbreiten von 30, 40, 50 und 60 nm, aus denen die entsprechenden I_on/I_off Verhältnisse von ~40, ~25, ~5 und ~4 bestimmt werden konnten. Die Transfercharakteristiken für die Geräte basierend auf r-GNMs mit verschiedenen Halsbreiten von 30, 40, 50 und 60 nm sind in Abb. 4b dargestellt. Der Vergleich von Abb. 4a, b zeigt, dass der Leitungsstrom der c-GNMs viel größer ist als der der r-GNMs (etwa doppelt). Da GNM als vernetzte Netzwerkstruktur von Graphen betrachtet werden kann, ist die tatsächliche Fläche des c-GNM, die Strom liefert, größer als die des r-GNM, was zu einem größeren Strom des c-GNM unter gleichen Bedingungen führt. Zusätzlich betrugen die I_on/I_off Verhältnisse der r-GNMs mit verschiedenen Halsbreiten von 30, 40, 50 und 60 nm ~100, ~25, ~8 und ~3, was zeigt, dass das I_on/I_off Verhältnis der GNM-basierten Geräte durch Variation der Halsbreite leicht eingestellt werden kann, die eine wichtige Rolle in den Ladungstransporteigenschaften spielt. Es wurde beobachtet, dass die GNM-basierten Geräte in diesem Brief höhere I_on/I_off Verhältnisse besaßen als viele andere GNR-basierte Geräte mit kleineren Breiten. Da das GNM als vernetztes Netz von GNRs betrachtet werden kann, ist die Erzeugung der Bandlücke auch auf mehrere Faktoren zurückzuführen, einschließlich lateraler Quantenkonfinierung in Transmissionsrichtung und Coulomb-Blockade resultierend aus Kantenfehlern oder Rauheit. Ein so großes I_on/I_off Stromverhältnis kann vom langen Kanaleffekt resultieren: Die Netzstrukturen der GNMs erhöhten den Leitkanal des Geräts, die Grenze der internen Nanoloecher verstärkte Quantenkonfinierung, und Lokalisierungseffekte wurden durch Kantenfehler wie Kantendiskorder und/oder auf den Kohlenstoff-Dangling-π-Bindungen in den internen Nanoloechern absorbierte Spezies verursacht. Die interne Grenze der r-GNMs ist viel größer als die der c-GNMs aufgrund der unterschiedlichen Geometrien. Zusätzlich besitzt der kreisförmige Rand des c-GNM mehr Defekte, was die laterale Quantenkonfinierung bemerkenswerter macht, um die Bandlücke zu erhöhen. Dies kann auch erklären, warum das I_on/I_off Stromverhältnis der r-GNMs größer ist als das des c-GNM. Aus Abb. 4a, b geht hervor, dass die Geräte basierend auf r-GNM und c-GNM eine klare Leitfähigkeit mit einem Minimum entsprechend dem Dirac-Punkt bei etwa −5 V aufwiesen. Die Schwellenspannung wird durch die Spannung bei Leitfähigkeit minus den Neutralpunktspannung erhalten. Aus Abb. 4a, b sehen wir, dass die Schwellenspannung des Geräts etwa 15 V für 30-nm c-GNM und r-GMN beträgt. Die homologe Leitfähigkeit ist in Abb. 4c dargestellt. Die Elektroden des Geräts werden direkt auf dem ursprünglichen Graphen hergestellt. Nur das Graphen zwischen den Kanälen wird in Nanomesh umgewandelt, und der Kontaktwiderstand zwischen der Metallelektrode und dem darunter liegenden semimetallischen reinen Graphen ist relativ klein. Der Kanalwiderstand ist hauptsächlich der Widerstand des Graphen-Nanomeshs. Aufgrund eines größeren Flächenanteils bei gleicher Fläche des leitenden Kanals wurden die Leitfähigkeiten der c-GNM-basierten Geräte höher als die der r-GNM-basierten Geräte gefunden. Im Vergleich zu zuvor berichteten GNRs oder anderen GNMs können unsere c-GNM und r-GNM Proben aufgrund ihrer großen Fläche und uniformen Größe einen höheren Strom liefern.

Transfercharakteristiken (I_ds − V_g) der Geräte basierend auf a c-GNM und b r-GNM mit verschiedenen Breiten bei V_ds = 2 V. Das V_Th (der Leitfähigkeitsspannungswert minus der Neutralpunkspannung) des 30-nm-Geräts beträgt etwa 15 V. c Leitfähigkeit versus Halsbreite für r-GNM (schwarz) und c-GNM (rot)

Abbildung 5a zeigt das schematische Energiebanddiagramm für GNRs mit Quellen- und Drainelektroden. Die Quellen- und Drain-Level nähern sich den Leitungs- und Valenzbandkanten mit steigender Quellen-Drain-Spannung (V_DS). Wenn die Leitungs- (Valenz-) Bandkante in das Bias-Fenster zwischen Quellen- und Drainelektroden fällt, werden Elektronen (Löcher) von der Quelle (Drain) injiziert, und der Strom I steigt steil an. Die Gate-Spannung justiert die Position der Lücke relativ zu den Quellen-Drain-Leveln. Kurven von I_DS versus V_DS bei einem V_GS Bias nahe der ladungsneutralen Spannung für r-GNMs und c-GNMs mit Halsbreiten von 30 und 40 nm sind in Abb. 5b, c illustriert, die deutlich die „Einschalt“- und „Ausschalt“-Bereiche zeigen, abhängig von der Lage des Fermi-Levels. Mit zunehmender Halsbreite des GNM verringerte sich die Größe des Niedrig-Leitfähigkeits-Fensters. Für die r-GNMs mit Breiten von 30 und 40 nm wurden die Energielücken auf 0,23 und 0,17 eV geschätzt (Abb. 5b). Abbildung 5c illustriert die Energiebandlücke als 0,19 und 0,16 eV für das c-GNM mit Breiten von 30 und 40 nm. Diese Werte deuten darauf hin, dass die Bandlücke umgekehrt proportional zu den Halsbreiten der GNM-Kanäle war, und die Existenz von mehr Kantenfehlern im r-GNM die Bandlücke verbessern kann.

a Schematisches Energiebanddiagramm für ein GNR mit Quellen- und Drainelektroden. Kurven von I_DS versus V_DS bei einem V_GS Bias nahe der ladungsneutralen Spannung für b r-GNM und c c-GNM

Zusätzlich wurden die optoelektronischen Eigenschaften der r-GNM-Geräte durch das in Abb. 6a dargestellte optische System untersucht, um Photostromtests für das r-GNM durchzuführen. Im System wurde eine Schwarzkörperquelle mit einem 3-THz-Bandpassfilter verwendet, um die Terahertz-Strahlung zu erzeugen, und wir maßen die a.c. Photostromamplituden, die mit einem Lock-In-Verstärker bezogen auf die Chop-Frequenz gewonnen wurden. Photostromamplituden waren fast null ohne Anlegen einer Quellen-Drain-Bias-Spannung. Aufgrund des direkten Kontakts der Metallelektrode und des Graphens war der Photostrom der durch Strahlung erzeugten Photoladungsträger relativ schwach und hob sich gegenseitig auf, was zu einem externen Photostrom von fast null führte.

a Schematisches Diagramm des Terahertz-Test-Experimentieraufbaus. b Kurven des Photostroms I_Ph versus Halsbreite der r-GNMs

Zusätzlich würden die im GNM erzeugten Elektron-Loch-Paare normalerweise in extrem kurzer Zeit rekombinieren, ohne Beitrag zum Photostrom. Daher existierte der Detektions-Photostrom mit einer externen Spannung, um die photogenerierten Elektron-Loch-Paare vor ihrer Rekombination zu trennen. In der hier berichteten Untersuchung wurde eine Quellen-Drain-Spannung von 0,2 V angelegt, und Photoströme von 0,28, 0,32, 0,4 und 0,93 nA wurden unter 3 THz-Strahlung erhalten, wie in Abb. 6b gezeigt, entsprechend verschiedenen r-GNM-Geräten mit Halsbreiten von 30, 40, 50 und 60 nm. Bemerkenswert ist, dass der Photostrom scharf von 0,4 auf 0,93 nA anstieg. Wie zuvor berichtet, beträgt die Absorptionsrate von Graphen im sichtbaren Licht etwa 2,3%, was als thermoelektrischer Effekt angesehen werden kann. Während unter Bestrahlung mit elektromagnetischen Wellen mit Energie unterhalb des IR, die thermische Erwärmung von Graphen durch Laserabsorption die Leitfähigkeit von Graphen verringerte, was dazu beitrug, dass thermische Effekte als Ursache für den erhöhten Photostrom von Graphen bei Bestrahlung ausgeschlossen wurden. Photoleitende Effekte bedeuten, dass wenn die einfallende Photonenenergie mit der Energielücke der GNMs übereinstimmt, die Energielücke eine verstärkte Trennung von Photonen-induzierten Exzitonen und höhere Ladungsträgerextraktions-Effizienz induzieren kann, sodass der Photostromwert bei Halsbreite von 60 nm scharf ansteigt.

Ein Golay-Zellen-Detektor (TYDEX GC-1P) wurde verwendet, um die Lichtquellenleistung zu kalibrieren, um die Terahertz-Empfindlichkeit unserer GNM-basierten Geräte zu erhalten. Die Empfindlichkeit der r-GNM-Geräte mit einer Halsbreite von 60 nm betrug 12 mA/W bei Raumtemperatur.

Des Weiteren wurde der Bildgebungstest des Schlüsselsamples erfolgreich realisiert, indem das Sample in ein einfaches Dual-Fokus-Bildgebungssystem gelegt wurde. Aufgrund der maximalen Bewegungsbegrenzung (25 mm × 25 mm) des Nanopositioniersystems wurde das Terahertz-Bild eines Teils erhalten, wie in Abb. 7 illustriert, das das Profil des Schlüsselsamples klar zeigt. Weiter wurde das Terahertz-Bild des Schlüsselsamples durch kontinuierliches Scannen von 50 × 50 Punkten mit einer Gesamtzeit von ca. 75 s fertiggestellt, wobei die Ansprechzeit für eine einzelne Detektion unter 20 ms lag. Diese Arbeit demonstriert, dass unser r-GNM-Gerät als Terahertz-Detektor für präzise und schnelle Bildgebung makroskopischer Proben verwendet werden kann.

Vergleich eines Metalls Schlüssels zwischen a dem optischen Bild und b dem Terahertz-Bild

Schlussfolgerungen

Zusammenfassend wurden top-gated FETs, die großflächige Arrays von geordneten r-GNM und c-GNM mit unterschiedlichen Halsbreiten einsetzen, erfolgreich durch EBL verarbeitet. Die top-gated FETs wurden mit kontinuierlichem GNM als leitendem Kanal gefertigt. Bei Raumtemperatur wurden elektrische Messungen durchgeführt, die zeigten, dass die Geräte mit verschiedenen Halsbreiten des GNM unterschiedliche I_on/I_off Verhältnisse und Energielücken besitzen. Besonders hervorzuheben: Geräte basierend auf r-GNM mit einer Halsbreite von 30 nm wiesen das größte I_on/I_off Verhältnis von ~100 auf, und die Energielücke wurde auf 0,23 eV geschätzt. Obwohl der Strom der c-GNM-basierten Geräte größer war als der der r-GNM-basierten Geräte, war das I_on/I_off Stromverhältnis kleiner, was auf größere Kantenrauheit im r-GNM zurückzuführen sein könnte. Darüber hinaus wurde basierend auf dem photoleitenden Effekt die Terahertz-Antwort des r-GNM-basierten Geräts auf 10 mA/W gemessen. Für praktische Anwendungen der Geräte wurde ein Terahertz-Bildgebungsexperiment bei Raumtemperatur durchgeführt. Es zeigte sich, dass solche Geräte in präziser und schneller Bildgebung makroskopischer Proben angewendet werden können.

Abkürzungen

c-GNM:

Kreisförmiges Graphen-Nanomesh

EBL:

Elektronenstrahllithografie

FETs:

Feldeffekttransistoren

GNM:

Graphen-Nanomesh

GNR:

Graphen-Nanoband

MIBK:

Methylisobutylketon

PECVD:

Plasmaverstärkte chemische Gasphasenabscheidung

PMMA:

Polymethylmethacrylat

r-GNM:

Rechteckiges Graphen-Nanomesh