成果简介
石墨烯以其优异的电学、热学和力学性能在纳米电子学领域引起了广泛关注，基于石墨烯的电子器件层出不穷。然而，随着器件的小型化和电路集成度的提高，传统的石墨烯基电子器件中金属电极与石墨烯之间的接触电阻由于功函数的差异在很大程度上降低了载流子迁移率和饱和漂移速度，从而大大恶化了器件的传输性能。高接触电阻还会导致器件过热和快速老化，从而降低其性能上限。因此，寻找最佳电极材料和制造方法一直是该领域的重要目标。
本文，天津大学马雷等在《ACS Appl. Electron. Mater》期刊发表名为“Electron-Beam Direct Writing-Based High-Performance Graphene Electrode Fabrication”的论文，研究报告了一种新开发的方案，该方案利用电子束直接写入技术制作高性能三维石墨烯电极，可应用于所有碳基场效应晶体管；整个过程在热丝扫描电子显微镜中进行。我们系统地研究了所有性能-加工参数的相关性，并实现了石墨烯电极的电阻率为 8.85 × 10-4 Ω-cm，这在开发全碳电子器件方面具有巨大的应用潜力。
图文导读
图1.3D石墨烯电极制造流程图。
图2、3D石墨烯电极制备机理
图3. (a) 不同光束能量下石墨烯电极的电阻率。(b) 不同电子辐照剂量下石墨烯电极的电阻率。(c) 石墨烯电极的电导率和 I2D/IG 与旋涂光刻胶浓度的关系。横坐标表示 20 毫升异丙醇中溶解的 AZ5214 的体积。(d) 使用不同光刻胶浓度的旋涂薄膜测量生长的石墨烯电极的拉曼光谱。照射激光的波长为 532 nm (e) 沟道长度为 5、10、15、20 和 25 μm 的 GFET 的 I-V关系测量结果；插图为总电阻与沟道长度的关系图。(f）用不同方法制备的石墨电极的电阻率。
图4、基于3D石墨烯电极的场效应管的制备
小结
在本研究中，根据提出的方案，使用 AZ5214 通过电子束直写成功制备了高性能三维石墨烯电极。系统研究了所制备电极的电特性与各种制备参数的关系，包括束流能量、剂量和前驱体浓度。在优化的条件下，实现了电阻率为 8.85 × 10-4 Ω-cm 的三维石墨烯电极，且该器件无接触电阻，表明其具有实际应用能力。这种基于光刻胶的纳米级直接电极制备方案与传统的金属电极和现有的石墨烯电子学碳基电极相比，具有导电率相当高、石墨烯接触电阻为零、操作简单等优点，为未来全碳电路的开发提供了一种极具潜力的工具。
文献：https://doi.org/10.1021/acsaelm.3c00917
本文来自材料分析与应用，本文观点不代表石墨烯网立场，转载请联系原作者。
