理解高能离子与悬浮石墨烯的相互作用以实现实用二维穿孔
介观与纳米尺度物理
2016-05-04 v1
摘要
我们通过实验和理论报道了遭受高能离子轰击的悬浮石墨烯的行为，研究了利用聚焦离子束技术对悬浮石墨烯进行纳米尺寸特征大规模图案化的能力。聚焦离子束技术提供的对 He+ 和 Ga+ 辐照的精确控制，使得能够研究高能粒子与无支撑悬浮石墨烯的相互作用，并允许确定二维晶格的溅射产额。我们发现二维溅射产额强烈依赖于入射离子束的物种和动能。悬浮石墨烯对高能量（10-30 keV）的 He+ 表现出材料半透明性，允许 >97% 的 He+ 粒子通过而不产生破坏性晶格空位。相反，大的 Ga+ 离子（5-30 keV）更频繁地与石墨烯晶格碰撞，产生显著更高的约 50% 的溅射产额。应用于单层和多层石墨烯的二体碰撞理论能成功阐明该碰撞机制，与实验高度吻合。拉曼光谱分析证实了大部分 He+ 离子穿过石墨烯而未严重损伤晶格，而少数碰撞离子产生单空位缺陷。对高能粒子与悬浮石墨烯相互作用的物理理解实际上可导向按设计在二维材料上可重复且高效地生成极小特征图案，这体现在我们穿孔了亚 5 纳米孔阵列。这种对悬浮二维晶格的纳米级精度图案化能力显示了聚焦离子束技术在二维材料加工用于器件制造与集成中的实用适用性。
引用
@article{arxiv.1601.03001,
title = {Understanding the interaction between energetic ions and freestanding graphene towards practical 2D perforation},
author = {Jakob Buchheim and Roman M. Wyss and Ivan Shorubalko and Hyung Gyu Park},
journal= {arXiv preprint arXiv:1601.03001},
year = {2016}
}
备注
31 pages of main text (with 4 figures) plus 4 pages of supporting information (with 2 figures). Original article submitted to a journal for consideration for publication