نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

• آسیه السادات کاظمی
• عارفه نجف پور
• عارفه منتظری

دانشکده فیزیک دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران

چکیده

گرافن، به خاطر داشتن خواص فوق‌العاده در رسانندگی الکتریکی، رسانندگی گرمایی، چگالی حامل­‌های بار بالا، تحرک بار بالا و خواص اپتیکی و شیمیایی خوب به ماده‌ای منحصر به فرد جهت استفاده در گسترۀ وسیعی از کاربردها تبدیل شده است. در اینجا، اتصالات الکتریکی کروم با فوتولیتوگرافی بر بستر مورد نظر تولید و گرافن تک­لایه بر روی آن انتقال یافت. نمونه­‌ها در دو زمان s 15 و s30 و در توان‌­هایW 20 تا W 50، توسط پلاسمای گاز SF₆ عامل‌دار شدند. تحلیل‌های میکروسکوپ اپتیکی، الکترونی و نیروی اتمی و نیز طیف­‌سنجی رامان و پراش پرتو الکترونی جهت بررسی کیفیت، پیوستگی، ساختار و تعیین عناصر گرافن فلوئوردار شده استفاده شد. رفتار جریان-ولتاژ قبل و بعد از عامل‌دار شدن نمونه‌ها نشان داد که در یک زمان مشخص، توان پلاسما بین 20 تا W 50، عامل تاثیر‌گذار در تغییر جریان نیست ولی زمان پلاسما تعیین کننده است. s 15 پلاسمای گاز SF₆ ، به خاطر الکترون­خواهی بالا، جریان عبوری از گرافن تک ­لایه را کاهش می‌­دهد و افزایش زمان پلاسما به s30، رسانایی گرافن را از بین می­‌برد و گرافن با ضخامت یک لایۀ اتمی را به مادۀ دوبعدی عایق تبدیل می­‌کند. طیف­سنجی رامان گرافن تک­ لایه بعد از فلوئوردار شدن، با افزایش زمان و توان پلاسما، حاکی از تضعیف شبکۀ بلوری گرافن و افزایش تعداد عیوب و نقص‌­های شبکه است و این موارد به صورت کمّی از طیف­‌های رامان استخراج و تحلیل شده است. در نهایت، فلوئور بین دولایه گرافن رسانا و نارسانا ساندویچ شده و جریان الکتریکی، بازیابی شده است. اعمال ولتاژ دروازه (گیت)، تأثیر ناچیزی بر تغییر جریان عبوری از گرافن نشان داده است. 

کلیدواژه‌ها

• گرافن
• مشخصه‌یابی الکتریکی
• فوتولیتوگرافی
• فلوئوردار کردن
• رامان

موضوعات

• فیزیک سطح

عنوان مقاله [English]

Fabrication and investigation of electric properties of monolayer fluorinated graphene and its junction with conductive monolayer graphene

نویسندگان [English]

• Asieh sadat Kazemi
• Arefeh Najafpour
• Arefeh Montazeri

Department of Physics, Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran

چکیده [English]

Graphene, the mother of 2D materials, has become a unique material for use in a wide range of applications due to its extraordinary properties such as electric conductivity, thermal conductivity, high charge carrier density, high charge mobility, and good optical and chemical properties. In this research, Cr electric contacts were produced by photolithography on the desired substrate, and monolayer graphene was transferred on top. Samples were functionalized at 15s and 30s in 20-50 W SF6 plasma. Optical, electron, and atomic force microscopic techniques along with Raman spectroscopy and energy dispersive X-ray analysis were used to examine the quality, continuity, elemental and structural properties of the samples. Current voltage before and after graphene functionalization demonstrated that at a specific plasma time, plasma power between 20-50 W is not a critical parameter rather, plasma time is the critical parameter in current modification. 15s SF6 plasma reduces the current passing through monolayer graphene due to its high electron affinity and further increases the plasma time to 30s, diminishes monolayer graphene conductivity, and turns into an insulating 2D material with atomic thickness. Raman spectroscopy of fluorinated monolayer graphene demonstrated that an increase in time and plasma power, decays crystal structure and increases impurities and defects in the lattice. These were qualitatively extracted from the Raman spectra and discussed. Finally, fluorine was sandwiched between two conductive and nonconductive layers and restored electrical current. Applying back-gate voltage had an insignificant impact on the current modification of graphene.

کلیدواژه‌ها [English]

• graphene
• electrical characterization
• photolithography
• fluorination
• Raman