Diode de barieră grafene monostrat SiC Schottky cu uniformitate îmbunătățită a înălțimii barierei ca senzor

Ivan Shtepliuk

1 Departamentul de Fizică, Chimie și Biologie, Universitatea Linköping, SE-58183, Linköping, Suedia

Jens Eriksson

1 Departamentul de Fizică, Chimie și Biologie, Universitatea Linköping, SE-58183, Linköping, Suedia

Volodymyr Khranovskyy

1 Departamentul de Fizică, Chimie și Biologie, Universitatea Linköping, SE-58183, Linköping, Suedia

Tihomir Iakimov

1 Departamentul de Fizică, Chimie și Biologie, Universitatea Linköping, SE-58183, Linköping, Suedia

Anita Lloyd Spetz

1 Departamentul de Fizică, Chimie și Biologie, Universitatea Linköping, SE-58183, Linköping, Suedia

Rositsa Yakimova

1 Departamentul de Fizică, Chimie și Biologie, Universitatea Linköping, SE-58183, Linköping, Suedia

Abstract

Introducere

Luând în considerare discuția de mai sus, se poate concluziona că există încă necesitatea de a crea instrumente analitice precise și în timp real pentru detectarea metalelor grele. O soluție la această problemă poate fi obținută nu numai prin îmbunătățirea tehnicilor existente, ci și prin dezvoltarea de noi abordări. Unul dintre cei mai promițători candidați pentru dezvoltarea detectoarelor în timp real pentru metale grele este grafenul [14]. Datorită suprafeței sale mari (2600 m 2/g) [15], a activității chimice ridicate [16] și a raportului semnal/zgomot excepțional de ridicat [17], grafenul oferă o platformă bogată pentru chimia suprafeței și condițiile dorite pentru detectare a metalelor grele datorită sensibilității puternice a proprietăților sale electronice la o modificare a concentrațiilor grupurilor funcționale de suprafață și a adsorbaților.

În multe cazuri, dispozitivele FET sunt considerate platforme de detectare eficiente pentru metalele grele [30-31]. Principalul dezavantaj al senzorilor pe bază de FET este fabricarea complexă, urmată de necesitatea creșterii straturilor dielectricelor de poartă high-k. Acești pași suplimentari pot duce la formarea unor stări de interfață neașteptate și incontrolabile, deteriorând caracteristicile de ieșire ale dispozitivelor și sensibilitatea acestora. O soluție mai simplă este utilizarea senzorilor de diode Schottky, care pot fi crescuți mai ușor, nu au izolator de poartă și o sensibilitate ridicată în regimurile de diode inversă și înainte.

tabelul 1

O revizuire a literaturii existente despre metoda de fabricație și proprietățile joncțiunii grafen/SiC Schottky.

joncţiune	metoda de crestere	grosime	Înălțimea barierei Schottky [eV]	factorul de idealitate η	ref.
grafen/n-Si-4H-SiC	CVD	1 ML	1,16 ± 0,16	6.5	[35]
grafen/n-C-4H-SiC	CVD	1 ML	1,31 ± 0,18	4.5	[35]
grafen/n-4H-SiC	CVD	1 ML	0,91	1.2–5.0	[36]
grafen/n-4H-SiC	Sublimarea Si	câteva ML-uri	0,08	1.24	[37]
grafen/n-SiC	exfoliere	câteva ML-uri	0,28 ± 0,02	-	[38]
HOPG/n-SiC	aderarea van der Waals a BPOC despicat	multistratificat	1.15	1,12-1,50	[39]
grafen/n-4H-SiC	exfolierea BPOC	multistratificat	0,8 ± 0,1	-	[40]
grafen/n-4H-SiC	Sublimarea Si	1-8 ML	0,4 ± 0,1	-	[41]
grafen/n-4H-SiC	exfoliere	câteva ML-uri	0,85 ± 0,06	-	[41]
grafen/n-Si-6H-SiC	CVD	1 ML	0,35 ± 0,05	-	[42]
grafen/n-C-4H-SiC	CVD	1 ML	0,39 ± 0,04	-	[42]
grafen/n-Si-6H-SiC	descompunerea termică	2 ML	1,15-1,45	-	[43]
grafen/p-4H-SiC	Sublimarea Si	1 ML	1.5	2	[44]
grafit/n-4H-SiC	grafitizarea în stare solidă	multistratificat	0,3 ± 0,1	-	[45]
grafit/p-4H-SiC	grafitizarea în stare solidă	multistratificat	2,7 ± 0,1	-	[45]
grafen/n-Si-4H-SiC	descompunerea termică	câteva ML-uri	1,07 ± 0,12	1,15 ± 0,04	[46]
grafen/n-Si-4H-SiC	iradiere cu fascicul de electroni	2 ML	0,58	4.5	[47]
grafen/n-Si-4H-SiC	iradiere cu fascicul de electroni cu energie redusă	1 ML	0,56 ± 0,05	4.5	[48]
grafen/n-Si-6H-SiC	descompunerea termică	2 ML	0,9	-	[49]