ФОТОЧУТЛИВИЙ ПОЛЬОВИЙ ТРАНЗИСТОР НА ОСНОВІ ПЛІВКИ ВІДНОВЛЕНОГО ОКСИДУ ГРАФЕНУ

Автор(и)

  • І. Б. Оленич Львівський національний університет імені Івана Франка, Ukraine
  • Л. С. Монастирський Львівський національний університет імені Івана Франка, Ukraine

DOI:

https://doi.org/10.18524/1815-7459.2023.2.278625

Ключові слова:

відновлений оксид графену, польовий транзистор, фоточутливість, комутаційна характеристика, імпеданс

Анотація

Створено фоточутливий графеновий польовий транзистор шляхом нанесення плівки відновленого оксиду графену (rGO) на поверхню шару SiO2 на кремнієвій підкладці, яка слугує одночасно фоточутливим середовищем і затвором польового транзистора. Електричні та фотоелектричні властивості польового транзистора на основі плівки rGO досліджено в режимах постійного та змінного струму. На основі аналізу комутаційних характеристик одержаного польового транзистора виявлено лінійні ділянки залежності струму стоку від напруги затвору і суттєву залежність електронної складової провідності плівки rGO від опромінення білим світлом. Виявлено фотоіндуковане зменшення внутрішнього опору та збільшення ємності провідного каналу графенового польового транзистора у діапазоні 102–105 Гц. Встановлено, що час фотовідклику одержаного польового транзистора на світлові імпульси ІЧ, видимого та УФ випромінювання становить близько 1,5 мс. Отримані результати можуть бути використані  для спрощення технології виготовлення фотодетекторів на основі графену.

Посилання

K. S. Novoselov, A. K. Geim, S. V. Morozov, D. Jiang, M. I. Katsnelson, I. V. Grigorieva, S. V. Dubonos, A. A. Firsov. Twodimensional gas of massless Dirac fermions in graphene // Nature, 438, pp. 197–200 (2005).

T. Chakraborty. Graphene: a nanoscale quantum playing field // Physics in Canada, 63, pp. 351–354 (2006).

K. I. Bolotin, K. J. Sikes, Z. Jiang, M. Klima, G. Fudenberg, J. Hone, P. Kim, H. L. Stormer. Ultrahigh electron mobility in suspended graphene // Solid State Commun., 146, 351 (2008).

Y. Zhang, Y. -W. Tan, H. L. Stormer, P. Kim. Experimental observation of quantum Hall effect and berry’s phase in graphene // Nature, 438, pp. 201–204 (2005).

J. -S. Moon. Graphene Field-effect transistor for radio-frequency applications: review // Carbon Letters, 13. pp. 17–22 (2012).

K. S. Novoselov, A. K. Geim, S. V. Morozov, D. Jiang, Y. Zhang, S. V. Dubonos, I. V. Grigorieva, A. A. Firsov. Electric field effect in atomically thin carbon films // Science, 306, pp. 666–669 (2004).

B. Hähnlein, B. Händel, J. Pezoldt, H. Töpfer, R. Granzner, F. Schwierz. Side-gate graphene field-effect transistors with high transconductance // Appl. Phys. Lett., 101, 093504 (2012).

S. Lone, A. Bhardwaj, A. K. Pandit, S. Gupta, S. Mahajan. A Review of Graphene Nanoribbon Field-Effect Transistor Structures // J. Electron. Mater., 50, pp. 3169–3186 (2021).

F. Xia, V. Perebeinos, Y. -M. Lin, Y. Wu, P. Avouris. The origins and limits of metal-graphene junction resistance // Nature Nanotech., 6, pp. 179–184 (2011).

K. M. F. Shahil, A. A. Balandin. Thermal properties of graphene and multilayer graphene: Applications in thermal interface materials // Solid State Commun., 152, 1331– 1340 (2012).

K. S. Kim, Y. Zhao, H. Jang, S. Y. Lee, J. M. Kim, K. S. Kim, J. -H. Ahn, P. Kim, J. -Y. Choi, B. H. Hong. Large-scale pattern growth of graphene films for stretchable transparent electrodes // Nature, 457, pp. 706–710 (2009).

D. H. Shin, C. W. Lee, J. S. Lee, J. H. Kim, S. Kim, S. -H. Choi. Enhancement of the effectiveness of graphene as a transparent conductive electrode by AgNO3 doping // Nanotech., 25, 125701 (2014).

P. Avouris. Graphene: Electronic and Photonic Properties and Devices // Nano Letters, 10, pp. 4285–4294 (2010).

K. Roy, M. Padmanabhan, S. Goswami, T. P. Sai, G. Ramalingam, S. Raghavan, A. Ghosh. Graphene–MoS2 hybrid structures for multifunctional photoresponsive memory devices // Nature Nanotech., 8, pp. 826–830 (2013).

T. Palanisamy, S. Mitra, N. Batra, J. Smajic, A. -H. Emwas, I. Roqan, P. M. F. J. Costa. Carbon Nitride Thin Film-Sensitized Graphene Field-Effect Transistor: A Visible-Blind Ultraviolet Photodetector // Advanced Materials Interfaces, 9, 2200313 (2022).

S. Stankovich, D. A. Dikin, R. D. Piner, K. A. Kohlhaas, A. Kleinhammes, Y. Jia, Y. Wu, S. T. Nguyen, R. S. Ruof. Synthesis of graphene-based nanosheets via chemical reduction of exfoliated graphite oxide // Carbon, 45, pp. 1558–1565 (2007).

C. K. Chua, M. Pumera. The reduction of graphene oxide with hydrazine: elucidating its reductive capability based on a reaction-model approach // Chem. Commun., 52, pp. 72–75 (2016).

D. Li, M. B. Müller, S. Gilje, R. B. Kaner,G. G. Wallace. Processable aqueous dispersions of graphene nanosheets // Nat. Nanotechnol., 3, pp. 101–105 (2008).

I. B. Olenych, O. I. Aksimentyeva, L. S. Monastyrskii, Yu. Yu. Horbenko, M. V. Partyka. Electrical and Photoelectrical Properties of Reduced Graphene Oxide – Porous Silicon Nanostructures // Nanoscale Res. Lett., 12, 272 (2017).

I. B. Olenych, L. S. Monastyrskii, O. I. Aksimentyeva, L. Orovcík, M. Y. Salamakha. Charge Transport in Porous Silicon/Graphene-Based Nanostructures // Mol. Cryst. Liq. Cryst., 673, pp. 32–38 (2018).

M. Y. Han, B. Ozyilmaz, Y. Zhang, P. Kim. Energy Band-Gap Engineering of Graphene Nanoribbons // Phys. Rev. Lett., 98, 206805 (2007).

T. Ohta, A. Bostwick, T. Seyller, K. Horn, E. Rotenberg. Controlling the Electronic Structure of Bilayer Graphene // Science, 313, pp. 951–954 (2006).

E. McCann, D. S. L. Abergel, V. I. Fal’ko. The low energy electronic band structure of bilayer graphene // Eur. Phys. J. Spec. Top., 148, pp. 91–103 (2007).

K. Nagashio, T. Yamashita, T. Nishimura, K. Kita, A. Toriumi. Electrical transport properties of graphene on SiO2 with specific surface structures // J. Appl. Phys., 110, 024513 (2011).

G. Imamura, K. Saiki. Modification of Graphene/SiO2 Interface by UV Irradiation: Effect on Electrical Characteristics // ACS Appl. Mater. Interfaces, 7, pp. 2439–2443 (2015).

I. B. Olenych, Ya. V. Boyko. Fieldeffect transistor based on graphene porous silicon hybrid structure // Journal of Physical Studies, 27, 1701 (2023).

T. Hayasaka, A. Lin, V. C. Copa, Jr. L. P. Lopez, R. A. Loberternos, L. I. M. Ballesteros, Y. Kubota, Y. Liu, A. A. Salvador, L. Lin. An electronic nose using a single graphene FET and machine learning for water, methanol, and ethanol // Microsystems & Nanoengineering, 6, 50 (2020).

##submission.downloads##

Опубліковано

2023-07-05

Номер

Розділ

Оптичні, оптоелектронні і радіаційні сенсори