تعیین خواص مهمی از گرافن با ترکیب تکنیک‌های نوری

محققان مؤسسه ملی علوم و فناوری با تعیین تابع کار گرافن و به‌وسیله ترکیب تکنیک‌های نوری گسیل نوری داخلی و بیضی‌سنجی طیف‌بینی، یک قدم به پیدا کردن روش تعیین مشخصات گرافن به منظور طراحی و ساخت افزاره‌های نسل جدید، نزدیک شده‌اند.

در حالی که IPE وSE برای زمانی طولانی است که استفاده می‌شوند، اخیرا دانشمندان شروع به ترکیب این تکنیک‌ها برای استفاده در تعیین مشخصات افزاره مدار مجتمع کرده‌اند. IPE برای اندازه‌گیری انرژی الکترون‌های گسیل شده از مواد به منظور تعیین انرژی‌های پیوندی استفاده می‌شود. اساسا، یک نور روی یک نمونه تابیده شده و جریان نوری ایجاده شده به‌وسیله الکترون‌های تحریک‌شده، اندازه‌گیری می‌شود.

یک نمونه نیمه رسانا-عایق-گرافن تحت تست الکتریکی

در SE، منابع نوری پهن‌باند به یک ماده تابیده می‌شوند و خواص نوری ماده از بازتاب‌پذیری آن مشخص می‌شوند. نهان ناین و همکارانش برای اندازه‌گیری موفقیت‌آمیز ارتفاع‌های سد انرژی و ساختار باندی افزاره‌های نیمه‌رسانا – اکسید- فلزی (MOS) این تکنیک‌های اندازه‌گیری را ترکیب کردند.

هدف نهایی آنها در این مطالعه این بود که بتوانند یک افزاره نیمه‌رسانا-عایق-گرافن را به طریق غیرتخریبی مشخصه‌یابی کنند. این محققان ساختاری را بررسی کردند که شامل فیلم گرافنی رشد یافته به‌وسیله ترسیب بخار شیمیایی (CVD)، یک بستر سیلیکایی دوپ‌شده با نوع p، و یک لایه سیلیکایی گرمایی به ضخامت ۱۰ نانومتر بود.

برای اینکه این فیلم گرافنی قادر به عبور عالی نوری که برای اندازه‌گیری خوب الکتریکی سطح زیرین لازم بود، شود؛ می‌بایست خواصی از قبیل نیمه‌شفافیت، پیوستگی، استحکام و نازکی بسیار را می‌داشت.

این گروه تحقیقاتی با ترکیب IPE و SE قادر به دیدن تصویر کاملی از هم‌راستایی باند این ساختار شدند. IPE افست بین باندها و چگونگی هم‌راستایی آنها نسبت به همدیگر، اما فقط در یک طرف این افزاره، را آشکار می‌کند.

اندازه‌گیری‌های SE امکان محاسبه گپ‌های باند را فراهم می‌کنند که منجر به تعیین ساختار کامل باند می‌شوند. این محققان همچنین قادر به تعیین تابع کار این لایه گرافنی شدند. تابع کار بسته به اینکه چه چیزی روی این لایه قرار گرفته و دیگر فاکتورهای محیطی به شدت تغییر می‌کرد.

مطالعه‌های بعدی روی امکان‌پذیری کنترل خواص انرژی این لایه گرافنی بر اساس نیاز‌های افزاره نهایی، متمرکز خواهند شد. این محققان جزئیات نتایج کار تحقیقاتی خود را در مجله‌ی Applied Physics Letters منتشر کرده‌اند.