六方氮化硼晶体与薄膜集成至石墨烯基范德华异质结构的基准测试
材料科学
2024-12-17 v1 介观与纳米尺度物理
摘要
我们提出了一种基准测试方案,将氮化硼 (BN) 晶体和薄膜的表征与这些基底上石墨烯电子特性的评估相结合。我们的研究包括在不同条件下生长的 hBN 晶体以及通过化学或物理气相沉积 (CVD 或 PVD) 沉积的可扩展 BN 薄膜。我们探索了从氮化硼生长,到通过时间分辨阴极荧光 (TRCL) 进行光学表征,再到封装和霍尔条加工后通过 Raman 光谱对石墨烯进行光学和电子表征的完整过程。在我们的基准测试方案中,我们通过快速且可重复的加工流程,在每个霍尔条器件内实现了均匀的电子性能。我们发现,通过 TRCL 在生长态 hBN 晶体上测得的 1 ns 的自由激子寿命,足以使石墨烯在载流子密度为 |n| = 10 cm 时实现 80,000 cm/(Vs) 的高室温载流子迁移率,而相应的约 100 ps 的激子寿命则产生高达 30,000 cm/(Vs) 的迁移率。对于可扩展的 PVD 生长 BN 薄膜,我们测得超过 10,000 cm/(Vs) 的载流子迁移率,这与 22 cm 的石墨烯 Raman 2D 峰线宽相关。我们的工作强调了石墨烯 Raman 2D 线宽作为关键指标的重要性,它有效评估了与 BN 基底的界面质量(即表面粗糙度),这直接影响了石墨烯的载流子迁移率。石墨烯 2D 线宽分析适用于所有 BN 基底,并且当 TRCL 或 BN Raman 光谱无法应用于特定 BN 材料(如非晶或薄膜)时尤为有利。这凸显了空间分辨光谱在评估用于高迁移率石墨烯器件的 BN 晶体和薄膜中的优越作用。
引用
@article{arxiv.2409.03652,
title = {Benchmarking the integration of hexagonal boron nitride crystals and thin films into graphene-based van der Waals heterostructures},
author = {Taoufiq Ouaj and Christophe Arnold and Jon Azpeitia and Sunaja Baltic and Julien Barjon and Jose Cascales and Huanyao Cun and David Esteban and Mar Garcia-Hernandez and Vincent Garnier and Subodh K. Gautam and Thomas Greber and Said Said Hassani and Adrian Hemmi and Ignacio Jimenéz and Catherine Journet and Paul Kögerler and Annick Loiseau and Camille Maestre and Marvin Metzelaars and Philipp Schmidt and Christoph Stampfer and Ingrid Stenger and Philippe Steyer and Takashi Taniguchi and Bérangère Toury and Kenji Watanabe and Bernd Beschoten},
journal= {arXiv preprint arXiv:2409.03652},
year = {2024}
}
备注
18 pages, 11 figures