莫纳什大学Semonti Bhattacharyya等–机械转移大面积Ga2O3钝化石墨烯和抑制界面声子散射

本研究通过在液态Ga金属上合成的超薄非晶Ga₂O₃的机械转移，展示了石墨烯的大面积钝化层。对SiO₂/Si上的毫米级钝化石墨烯和裸石墨烯的温度相关电测量的比较表明，钝化石墨烯保持了应用所需的高场效应迁移率。令人惊讶的是，由于高介电常数Ga₂O₃屏蔽SiO₂的表面光学声子模式和相对高的Ga₂O₃特征声子频率的相互作用，在低于220K的温度范围内，钝化石墨烯的温度依赖性电阻率降低。拉曼光谱和电学测量表明，Ga₂O₃钝化还保护石墨烯免受进一步处理，如等离子体增强的Al₂O₃原子层沉积。

图1.在Gr上转移的Ga₂O₃薄膜的表征（SiO₂上CVD生长的单层石墨烯/单层h-BN膜）。（a）镓金属被定位为使用盖玻片在PPC/Gel-Pak聚合物叠层上滚动，（b）Ga₂O₃在与一些镓金属残留物滚动后，可以用剃刀切掉，（c）将Ga₂O₃膜转移到Gr/SiO₂/Si器件上，以及（d）去除聚合物残留物后的器件的示意图。（e） 切割成尺寸后PPC上Ga₂O₃的光学暗场显微照片。银色的点是液态镓液滴。中心的Ga₂O₃片与液态镓接壤。比例尺为200μm。（f） 在Gr器件上转移的Ga₂O₃（器件上的深蓝色片）的Brightfield光学显微照片。比例尺为50μm。（g） 通过间歇接触原子力显微镜（AFM）获得的Gr片上Ga₂O₃的地形图像。图像左侧显示裸露的Gr，图像右侧显示Ga₂O₃覆盖的Gr。如重叠线轮廓所示，平均高度差为7.3nm，比例尺为2μm。

图2.Ga₂O₃覆盖和裸Gr场效应器件的栅极电压和温度相关电输运测量。（a） Ga₂O₃转移后Gr器件的示意图和（b）光学显微镜图像。比例尺为200μm。（c） 纵向电导率σ和（d）场效应迁移率μFE作为栅极电压Vg的函数，在100 K下，裸Gr和Ga₂O₃覆盖的Gr在最小电导率Vg，min下的栅极电压偏移。

图3.远程光学声子（ROP）散射。（a） ROP对电阻率（ρROP）的贡献从裸（填充）和Ga2O3覆盖（空心）石墨烯中电阻率（ρ）的温度依赖性（T-）中提取。使用等式1的拟合用虚线表示裸露的Ga2O3覆盖的Gr。对于每个栅极电压，从26到66 V，通过4 V步长，ρROP偏移40Ω。（b） 裸和Ga2O3覆盖Gr.中SO声子的计算频率和耦合强度虚线表示相应的体模声子频率。（c） 不同介电系统中石墨烯电阻率（ρROP）的模型ROP散射贡献。

图4.Ga₂O₃作为石墨烯上的保护层，防止Al₂O₃的等离子体增强原子层沉积（ALD）。拉曼光谱显示（a）裸石墨烯和（b）Ga₂O₃覆盖石墨烯的D、G和2D峰。（c，e）裸Gr和（d，f）Ga₂O₃覆盖Gr的电导率（σ）和场效应迁移率（μFE）的栅极依赖性。显示了ALD工艺之前（浅色）和之后（深色）相同样品的数据。拉曼和传输数据取自室温下的不同样品。

相关研究成果由莫纳什大学Semonti Bhattacharyya和Michael S. Fuhrer等人2022年发表在Nano Letters (https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.2c03492)上。原文：Passivating Graphene and Suppressing Interfacial Phonon Scattering with Mechanically Transferred Large-Area Ga2O3。