Abstract
Metal contacts have been identified to be a key technological bottleneck for the realization of viable graphene electronics. Recently, it was observed that for structures that possess both a top and a bottom gate, the electron-hole conductance asymmetry can be modulated by the bottom gate. In this letter, we explain this observation by postulating the presence of an effective thin interfacial dielectric layer between the metal contact and the underlying graphene. Electrical results from quantum transport calculations accounting for this modified electrostatics corroborate well with the experimentally measured contact resistances. Our study indicates that the engineering of metal graphene interface is a crucial step towards reducing the contact resistance for high performance graphene transistors
چکیده
اتصالات فلزی به عنوان گلوگاه کلیدی تکنولوژیکی برای تحقق موفقیت آمیز الکترونیک گرافن شناخته شده هستند. اخیرا مشاهده شده است که برای ساختارهایی که دارای گیت هایی واقع در بالا و پایین هستند، عدم تقارن رسانش الکترون-حفره را می توان با گیتی واقع در پایین مدوله کرد. در این مقاله، این نگرش را با فرض وجود یک لایۀ دی الکتریک بینسطحی نازک و موثر بین اتصال فلزی و گرافن زیرین شرح می دهیم. نتایج الکتریکی حاصل از محاسبات انتقال کوانتومی، این الکترواستاتیک اصلاح شده را توجیه کرده و مقاومت های کنتاکتی اندازه گیری شده به صورت تجربی را کاملا تایید می کند. در این مقاله نشان داده می شود که طراحی و ساخت صفحۀ مشترک فلز-گرافن، گامی بسیار مهم در کاهش مقاومت کنتاکتی برای ترانزیستور های گرافنی با کارائی بالا می باشد.
1- مقدمه
پس از جدا سازی عملی گرافن [1-3] و به علت خواص فیزیکی و ساختار الکترونی منحصر به فرد آن، توجه زیادی از سوی جامعه علمی به سمت آن جلب شده است [4,5]. خواص انتقالی بسیار خوب آن و توانایی تنظیم غلظت حامل با گیت های الکتریکی نیز باعث می شود که این ماده از نظر فن آوری بسیار خوش آتیه باشد. کاربردهای بالقوه آن از دستگاه های فرکانس رادیویی (RF) و ترانزیستورها [6-8] تا حسگرهای زیستی [9] و علوم الکترونیک انعطاف پذیر [10] گسترش یافته اند. با این حال، اتصال فلز با گرافن چالش کلیدی تکنولوژیکی برای دستگاه های الکترونیکی مبتنی بر گرافن است. نقشۀ راه بین المللی تکنولوژی برای نیمه رسانا ها برای نسل فعلی ترانزیستورهای اثر میدانی سیلیکونی فلز-اکسید-نیمه رسانا (ماسفت ها)، مقاومت 80 Ω · μm در هر اتصال را ایجاب می کند، که حدود 10% مقاومت رویی ترانزیستور VDD/ION می باشد [11]. خواص انتقالی بسیار خوب گرافن باید مقاومت های رویی ترانزیستور بسیار کمتری نسبت به ماسفت های سیلیکونی ایجاد کند. برای تحقق بخشیدن به پتانسیل عملکردی حاصل از خواص انتقالی بسیار خوب گرافن، مقاومت های کنتاکتی بسیار پایین تری مورد نیاز خواهد بود [6,7]. بنابراین، داشتن درک کاملی از اتصال فلز-گرافن و محدودیت های بنیادی کمتر برای مقاومت کنتاکتی ضروری است. در این مقاله، مدلی را بسط می دهیم که مدولاسیون زیرلایۀ مقاومت کنتاکتی در ترانزیستورهای گرافنی را اخیرا مشاهده شده است را توضیح می کند [12,13]. نشان می دهیم که این اثر این به دلیل وجود لایۀ دی الکتریک بین سطحی فلز-گرافن نازک و موثر می باشد. با استفاده از این مدل، دو جزء مهم مقاومت سری را برآورد کرده و کران های پایین تری برای مقاومت کنتاکتی ایجاد می کنیم. در این مقاله درک بهتری از اتصال فلز-گرافن ارائه شده است که می تواند برای بهبود عملکرد دستگاه مفید باشد...