调控单层六方氮化硼/石墨烯场效应晶体管的 pH 响应
应用物理
2022-10-26 v1 介观与纳米尺度物理
摘要
电离氢的化学活性描述了溶液中质子的效能，并用于定义 pH，在生物和材料科学中具有广泛应用。过去已有利用石墨烯场效应晶体管（FET）测量 pH 的描述，但尚待以单层六方氮化硼（hBN）覆盖层进行表征。假设 hBN 覆盖会降低质子与石墨烯晶体中氧化缺陷的化学亲和性，并通过屏蔽电荷密度降低 pH 测量的标准偏差。首先，将商用单层石墨烯和单层 hBN/石墨烯（均位于四英寸 90 nm SiO2/p 型 Si 上）的电子特性作为 10 mM 磷酸盐缓冲溶液中溶质 pH 的函数进行了对比。该二维（2D）FET 采用无光刻胶金属化工艺制造，随后通过微型离心管掩蔽和反应离子刻蚀定义用于 pH 传感的准纯 2D 传感台面。此后，将器件暴露于不同 pH 的磷酸盐缓冲液中，并测量电阻和液转特性。hBN/石墨烯/SiO2 FET 具有更高的线性度，且狄拉克电压偏移的标准偏差和范围均低于单层石墨烯/SiO2。然后，在微型离心管掩蔽前，对新鲜金属化器件通过电子束沉积涂覆 9 nm 的 Al2O3。Al2O3/石墨烯/SiO2 和 Al2O3/hBN/石墨烯/SiO2 器件在用 NaOH（pH = 12）碱刻蚀 Al2O3 前后，对磷酸盐缓冲液 pH 的响应发生改变。这促使研究 2D 器件的 pH 依赖性随 Al2O3 厚度的变化（通过原子层沉积）。这些结果表明，用纳米级电介质修饰单层石墨烯表面可调控石墨烯 pH 传感器的 pH 依赖电子特性。
引用
@article{arxiv.2210.14133,
title = {Tuning the pH Response of Monolayer Hexagonal Boron Nitride/Graphene Field-Effect Transistors},
author = {Nicholas E. Fuhr and Mohamed Azize and David J. Bishop},
journal= {arXiv preprint arXiv:2210.14133},
year = {2022}
}