​意大利技术研究所Camilla Coletti等–基于化学气相沉积石墨烯的高灵敏度霍尔传感器

在这项工作中，本研究展示了通过采用单层单晶化学气相沉积（CVD）石墨烯阵列制造的高灵敏度和可扩展的霍尔传感器。该器件基于石墨烯霍尔棒，载流子迁移率>12000 cm² V^–1 s^–1，残余载流子密度为~1×10¹¹ cm^-2，霍尔灵敏度高于5000 V a^-1 T^-1，这是以前只有使用六方氮化硼薄片封装的剥离石墨烯才能达到的值。研究还实现了一种简单且可扩展的聚合物封装，使石墨烯霍尔棒在环境中测量时的性能稳定。研究证明，当石墨烯器件在空气中保持10周以上时，这种封端方法可以减少电传输性能的退化。基于可扩展合成和封装的已实现器件的最新性能有助于石墨烯霍尔传感器的发展。

图1. 石墨烯单晶的典型阵列的示意图

（a）通过CVD在铜箔上生长，（b）转移到Si/SiO₂，（c）使用制造的霍尔传感器，以及（d）在PMMA旋涂之后。（e） 在Si/SiO₂衬底上转移的石墨烯晶体阵列的光学显微照片。（f） 在石墨烯晶体阵列上制造的霍尔棒。（g） 裸石墨烯（底部）和PMMA包覆石墨烯（顶部）的代表性拉曼光谱。

图2: 芯片1的电传输特性。

（a） 典型运输测量的电气图。（b） 电阻率是所施加的栅极电压的函数。不同的颜色代表九个不同的霍尔酒吧。（c） 霍尔电压作为相对于CNP施加的栅极电压的函数。（d） 作为载流子密度函数的载流子迁移率。（e） CNP处的电荷不均匀性。插图：代表性器件（HB2）的电导率是双对数标度上载流子密度的函数。使用线性拟合来获得n*。（f） 电流相关灵敏度是在B～0.37T下获得的施加栅极电压的函数。

图3. 没有和有PMMA封装的石墨烯霍尔棒的电学特性。

(a)电阻率测量作为外加栅极电压函数的迟滞。(上图)未封顶大厅酒吧:向前(红色实线)和向后(橙色虚线)后门扫。(下)PMMA覆盖的大厅条:向前(蓝色实线)和向后(绿色虚线)后门扫描。(b) CNP的位置和(c)未封顶(红色)和封顶(蓝色)石墨烯器件的滞回率随老化时间的变化。(d – f) PMMA封装后芯片3的电性能，显示电阻(d)、霍尔电压(e)和电流相关灵敏度(f)作为外加栅极电压的函数。(g – i)芯片3老化10周后的电性能，显示电阻(g)、霍尔电压(h)和电流相关灵敏度(i)随外加栅极电压的变化。

相关研究成果由意大利技术研究所Ayush Tyagi、Vaidotas Mišeikis和Camilla Coletti等人2023年发表在ACS Applied Nano Materials (链接:https://doi.org/10.1021/acsanm.3c03920)上。原文：Highly Sensitive Hall Sensors Based on Chemical Vapor Deposition Graphene