【原】加利福尼亚大学Jeffrey Bokor课题组--自下而上合成纳米多孔石墨烯晶体管

当以原子精度合成时，纳米多孔石墨烯(NPG)具有均匀的电子带隙和合理设计的新兴电子特性，有望用于场效应晶体管（FETs）等电子器件。这里通过自下而上的方法，合成了人字形NPG (C-NPG)，它是由横向连接的人字形GNRs定义的纳米多孔有序阵列组成。基于C-NPG的场效应晶体管（C-NPG FET）表现出出色的开关性能，开关比超过10⁴，这与C-NPG的结构质量密切相关。这些器件在空气中作为p型晶体管工作，当在真空下测量时，可以观察到n型传输特性，这与气体或水分的可逆吸附有关。通过电子结构和传输计算，对C-NPG中的电荷传输进行了理论分析，揭示了其强的电导率各向异性效应。该研究为高性能石墨烯基电子器件的设计提供了重要的见解，其中实现了弹道电导和传导各向异性，这可以用于逻辑应用，以及化学或生物检测中的超灵敏传感器。

Figure 1. C-NPG的生长和结构鉴定。a) 自下而上合成C-NPG的示意图。（b-d）低倍和高倍下的扫描隧道显微镜（STM，HR-STM）图像。e-f) 高质量 (V = -1.8 V; I = 20 pA) 和 f) 低质量(V = −2 V; I = 20 pA)的两种不同低覆盖率单层 C-NPG 薄膜的 STM 图像。g) 对应于图 (e) 和 (f) 中所示样品的拉曼光谱。

Figure 2. 器件结构、传输和电气特性。a) 局部背栅 C-NPG FET 的器件结构示意图。b) C-NPG 薄膜的SEM)图像。c) C-NPG 器件的 SEM 图像。d) 在Au上和器件上 C-NPG的拉曼光谱。e) 室温 I_d–V_g FET 器件的特性。f) 高质量 C-NPG FET 在室温下的 I_d-V_g 特性。

Figure 3. C-NPG电荷输运的理论分析。a）C-NPG的示意模型。b）C-NPG的电子波段的色散。c）与图（b）相同波段的色散。d）在带起始处计算的空间 LDOS。e）C-NPG的结构。f）传输（顶部）和 DOS（底部）与能量的函数关系。

该研究工作由加利福尼亚大学Jeffrey Bokor课题组于2021年发表在Adv. Funct. Mater.期刊上。原文：Bottom-Up Synthesized Nanoporous Graphene Transistors。