用于电子光学应用的石墨烯 p-n 结的原子尺度表征
介观与纳米尺度物理
2019-03-01 v1
摘要
石墨烯 p-n 结为在弹道固态器件中通过准直和聚焦来控制电子轨迹提供了一种潜在强有力的途径。p-n 结对电子轨迹的控制能力关键取决于结的掺杂分布和粗糙度。在此，我们利用四探针扫描隧道显微镜与谱学（STM/STS）在原子尺度上表征了两种最先进的石墨烯 p-n 结几何结构，一种采用 CMOS 多晶硅栅极，另一种采用天然解理石墨栅极。利用谱学成像，我们表征了 p-n 结横向与沿结方向的局域掺杂分布。我们发现实际结在其几何结构以及跨结掺杂分布上均表现出非理想性。我们表明，利用石墨等范德瓦耳斯金属的解理边缘来定义结，可改善结的几何结构。我们通过实验量化了结的几何粗糙度和掺杂分布，并将这些参数用于基于非平衡格林函数（Nonequilibrium Green's Function）的对这些实际结中聚焦与准直的模拟。我们发现，为实现 Veselago 聚焦，关键在于最小化横向界面粗糙度（仅天然石墨栅极做到了这一点）并减小结宽，而所研究的两类器件在此方面均表现不佳。我们还发现，载流子准直目前受限于跨结掺杂分布的非线性。我们的工作提供了当前石墨烯 p-n 结质量的基准，并为未来改进提供了指导。
引用
@article{arxiv.1810.02308,
title = {Atomic scale characterization of graphene p-n junctions for electron-optical applications},
author = {Xiaodong Zhou and Alexander Kerelsky and Mirza M. Elahi and Dennis Wang and K. M. Masum Habib and Redwan N. Sajjad and Pratik Agnihotri and Ji Ung Lee and Avik W. Ghosh and Frances M. Ross and Abhay N. Pasupathy},
journal= {arXiv preprint arXiv:1810.02308},
year = {2019}
}