西安交大科研人员提出机械弯曲铁电薄膜调控石墨烯掺杂方法

石墨烯由于其优越的化学稳定性、高的电子迁移率、机械柔性以及高透射率,被认为是一种有前途的高性能纳米电子材料。特别是石墨烯的双极特性(掺杂后石墨烯可以表现为n型或p型)使得其与现有电子器件具有很强的竞争力。到目前为止,人们对石墨烯掺杂进行了大量的研究,如不同气体环境下的紫外辐射、离子液体/离子凝胶或气体分子的吸收等,但这些掺杂都会引入第二相,是不可逆的。

针对上述问题,西安交通大学材料学院功能材料及自旋电子研究中心设计出一种新型全无机柔性石墨烯场效应晶体管(GFET),利用纯机械应变和铁电薄膜Pb0.92La0.08Zr0.52Ti0.48O3的挠曲电效应成功地实现了石墨烯掺杂浓度的可控,发现石墨烯的狄拉克点(VDirac)随着GFET弯曲半径(正向弯曲或反向弯曲)呈线性变化。相比于其他调控石墨烯掺杂的方法,本工作避免了杂化掺杂对石墨烯造成的破坏以及化学修饰掺杂带来的其他物质吸附,且为可逆、可控的和柔性的。基于以上优点,全无机柔性石墨烯场效应晶体管不仅可以通过弯曲机械应力调控石墨烯掺杂,而且还可以根据柔性铁电栅GFET的VDirac变化来检测样品的弯曲状态。

这项研究成果以“Controlling the Dirac point voltage of graphene by mechanically bending the ferroelectric gate of graphene field effect transistor”为题,被材料科学领域国际知名期刊 Materials Horizons(IF=13.183)选为当期内封面发表。材料学院马春蕊副教授和贾春林教授共同指导的博士生胡光亮为第一作者,马春蕊副教授为通讯作者,参与该工作的还有西安交大刘明副教授、刘卫华教授以及堪萨斯大学吴朱迪(Judy Wu)教授。西安交通大学为该论文的第一作者和唯一通讯作者单位。

该研究得到了国家自然科学基金重大专项、国家“973”项目、国家青年基金等支持。

论文链接:https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/mh/c8mh01499j#!divAbstract