Ике үлчәмле материаллар, графен кебек, гадәти ярымүткәргеч кушымталар өчен дә, сыгылмалы электроникада барлыкка килгән кушымталар өчен дә җәлеп итәләр. Ләкин, графенның югары киеренкелеге түбән штаммда ватылуга китерә, сузылган электроникада аның гадәти булмаган электрон үзлекләрен куллану кыенлаша. Ачык үтә торган графен үткәргечләренең штаммга бәйле эффектив эшләвен тәэмин итү өчен, без графенлы наноскролларны тезелгән графен катламнары арасында ясадык, алар күпкатлы графен / графен төргәкләре (MGGs) дип атала. Көтү астында, кайбер төргәкләр графенның фрагментланган доменнарын күперләделәр, югары челтәрләрдә искиткеч үткәрүчәнлек бирә торган челтәрне саклап калу өчен. Эластомерларга таянган Трилайер MGGлар үзләренең оригиналь үткәрүләренең 65% -ын 100% штаммда саклап калдылар, бу агым агымына перпендикуляр, ә наноскролсыз графенаның триллер фильмнары башлангыч үткәрүнең 25% -ын гына саклап калдылар. Электрод рәвешендә MGG кулланып ясалган сузылган барлык углерод транзисторы> 90% тапшыруны күрсәтте һәм төп агымның 60% 120% штаммда (корылма транспорт юнәлешенә параллель) сакланды. Бу югары сузыла торган һәм үтә күренмәле углерод транзисторлары катлаулы сузылган оптоэлектроника мөмкинлеген бирә ала.
Сузыла торган үтә күренмәле электроника - алдынгы биоинтеграцияләнгән системаларда (1, 2) мөһим кушымталарга ия булган, шулай ук катлаулы йомшак робототехника һәм дисплейлар җитештерү өчен сузылган оптоэлектроника (3, 4) белән интеграцияләү потенциалы булган үсә торган кыр. Графен атом калынлыгының, югары ачыклыкның, югары үткәрүчәнлекнең бик кирәкле үзлекләрен күрсәтә, ләкин сузылган кушымталарда аны тормышка ашыру аның кечкенә схемаларда ярылу тенденциясе белән тыелган. Графенның механик чикләүләрен җиңү сузылган үтә күренмәле җайланмаларда яңа функция булдырырга мөмкин.
Графенның уникаль үзенчәлекләре аны киләсе буын үтә күренмәле үткәргеч электродларга көчле кандидат итә (5, 6). Иң еш кулланыла торган үтә күренмәле үткәргеч белән чагыштырганда, индий калай оксиды [ITO; 100 охм / квадрат (кв. Моннан тыш, графен фильмнары ITO (7) белән чагыштырганда гаҗәеп сыгылучылыкка ия. Мәсәлән, пластик субстратта аның үткәрүчәнлеге хәтта 0,8 мм (8) кадәр бөкләнү радиусы өчен дә сакланырга мөмкин. Электр энергиясен үтә күренмәле сыгылмалы үткәргеч буларак көчәйтү өчен, алдагы эшләрдә бер үлчәмле (1D) көмеш нановирлар яки углерод нанотублары (CNT) (9–11) булган графен гибрид материаллар эшләнде. Моннан тыш, графен катнаш үлчәмле гетероструктур ярымүткәргечләр өчен электрод буларак кулланылган (мәсәлән, 2D күпчелек Si, 1D нановирлар / нанотублар, һәм 0D квант нокталары) (12), сыгылмалы транзисторлар, кояш күзәнәкләре һәм яктылык җибәрүче диодлар (13). –23).
Графен сыгылмалы электроника өчен өметле нәтиҗәләр күрсәтсә дә, сузылган электроникада куллану аның механик үзлекләре белән чикләнгән (17, 24, 25); графенның самолет катылыгы 340 N / m һәм Яшь модуласы 0,5 ТПа (26). Көчле углерод-углерод челтәре кулланылган штамм өчен энергия тарату механизмнары белән тәэмин итми, шуңа күрә 5% -тан да ким булмаган штурмларда җиңел ярыла. Мәсәлән, полимиметилсилоксанга (PDMS) эластик субстратка күчерелгән CVD графены үткәрүчәнлеген 6% -тан да азрак саклый ала (8). Теоретик исәпләүләр шуны күрсәтә: төрле катламнар арасындагы ватылу һәм үзара бәйләнеш катгыйлыкны киметергә тиеш (26). Графенны берничә катламга туплап, бу би яки триллерлы графенның 30% штаммга кадәр сузылуы турында хәбәр ителә, монолайер графенныкыннан 13 тапкыр кечерәк каршылык үзгәрүен күрсәтә (27). Шулай да, бу сузылу заманча сузылган с индуктивлык кәтүгеннән шактый түбән (28, 29).
Транзисторлар сузыла торган кушымталарда мөһим, чөнки алар катлаулы сенсорны укырга һәм сигнал анализына мөмкинлек бирә (30, 31). Чыганак / дренаж электродлары һәм канал материалы буларак ПДМСтагы транзисторлар 5% штаммга кадәр (32) электр функциясен саклый ала, бу киеп була торган сәламәтлек-мониторинг сенсорлары һәм электрон тире өчен минималь кирәкле кыйммәттән (~ 50%) түбәнрәк. 33, 34). Күптән түгел графен киригами алымы тикшерелде, һәм сыек электролит белән капланган транзистор 240% ка кадәр сузылырга мөмкин (35). Ләкин, бу ысул туктатылган графен таләп итә, бу ясалыш процессын катлауландыра.
Монда без графен катламнары арасында (~ 1 - 20 мм, киңлеге - 0,1 - 1 мм, һәм - 10 - 100 нм биеклектә) үзара бәйләнгән графен җайланмаларына ирешәбез. Без фаразлыйбыз, бу графен төргәкләре графен таблицаларындагы ярыкларны күпер өчен үткәргеч юллар бирә ала, шулай итеп киеренкелектә югары үткәрүчәнлекне саклый. Графен төргәкләре өстәмә синтез яки процесс таләп итми; алар табигый рәвештә дым күчерү процедурасы вакытында барлыкка килә. Күпкатлы G / G (графен / графен) төргәкләр (MGGs) графен сузыла торган электродлар (чыганак / дренаж һәм капка) һәм ярымүткәргеч CNT кулланып, без югары үтә күренмәле һәм югары сузыла торган углерод транзисторларын күрсәтә алдык, алар 120гә кадәр сузылырга мөмкин. % штамм (зарядлы транспорт юнәлешенә параллель) һәм аларның төп агымының 60% саклана. Бу әлегә кадәр иң сузылган үтә күренмәле углеродлы транзистор, һәм ул органик булмаган LED йөртү өчен җитәрлек ток бирә.
Зур мәйдандагы үтә күренмәле сузыла торган графен электродларын эшләтеп җибәрү өчен, без Cu фольгасында CVD үскән графенаны сайладык. Cu фольгасы CVD кварц трубасы үзәгендә асылган, G / Cu / G структураларын формалаштырып, ике яктан да графен үсәргә мөмкинлек биргән. Графенны күчерү өчен, без графиның бер ягын саклау өчен нечкә поли (метил метакрилат) (PMMA) белән әйләндереп алдык, без графенның бер ягын сакладык (киресенчә графенның икенче ягы өчен), һәм соңыннан, Cu фольгасын чыгару өчен бөтен фильм (PMMA / өске графен / Cu / аскы графен) (NH4) 2S2O8 эремәсенә сугарылган. PMMA каплавы булмаган аскы ягы графеның котылгысыз ярыклары һәм кимчелекләре булачак, алар эхтанга үтеп керергә мөмкинлек бирә (36, 37). 1А рәсемендә күрсәтелгәнчә, өслек киеренкелеге эффектында, чыгарылган графен доменнары төргәкләргә әйләнде һәм соңыннан калган top-G / PMMA фильмына беркетелде. Top-G / G төргәкләре теләсә нинди субстратка күчерелергә мөмкин, мәсәлән, SiO2 / Si, пыяла яки йомшак полимер. Бу тапшыру процессын бер үк субстратка берничә тапкыр кабатлау MGG структураларын бирә.
А) МГГлар өчен сузылган электрод буларак ясалу процедурасының схематик иллюстрациясе. Графенны күчерү вакытында, Cu фольгасындагы арткы графен чикләрдә һәм кимчелекләрдә өзелде, үзенчәлекле формаларга төртелде һәм өске фильмнарга нык бәйләнде, наноскроллар барлыкка килде. Дүртенче мультфильмда тупланган MGG структурасы сурәтләнә. (B һәм C) Монолайер MGG-ның югары резолюцияле TEM характеристикалары, монолайер графенасына (B) һәм әйләндерү (C) өлкәсенә игътибар итәләр. (B) инсетты - TEM челтәрендәге монолайер MGGларның гомуми морфологиясен күрсәтүче түбән зурайтылган рәсем. (C) керемнәре - рәсемдә күрсәтелгән турыпочмаклы тартмалар буенча алынган интенсивлык профильләре, анда атом самолетлары аралары 0,34 һәм 0,41 нм. (D) Карбон K-edge EEL спектры характерлы графитик π * һәм σ * чокырлары белән язылган. (E) Сары нокталы сызык буенча биеклек профиле булган монолайер G / G төргәкләренең AFM рәсеме. (F - I) Оптик микроскопия һәм AFM рәсемнәре (F һәм H) һәм 300-нм калынлыктагы SiO2 / Si субстратларында төргәкләр белән (G һәм I). Вәкиллек төргәкләре һәм бөртекләр аларның аермаларын күрсәтү өчен маркировкаланган.
Төргәкләрнең табигатьтә әйләндерелгән графен булуын тикшерү өчен, без югары резолюцияле электрон микроскопия (TEM) һәм электрон энергия югалту (EEL) спектроскопия монолайеры өстендә G-G әйләндерү структураларында үткәрдек. 1Б рәсемдә монолайер графенның алты почмаклы структурасы күрсәтелгән, һәм инсет - TEM челтәренең бер углерод тишеге белән капланган фильмның гомуми морфологиясе. Монолайер графен челтәрнең күпчелек өлешен үз эченә ала, һәм алты почмаклы боҗраларның берничә стенасы булганда кайбер графен плитәләре барлыкка килә (1Б рәсем). Индивидуаль төргәкне зурайтып (1С рәсем), без күп санлы графен такталарын күрдек, такталар арасы 0,34 - 0,41 нм диапазонында. Бу үлчәүләр шуны күрсәтә: плиталар очраклы рәвештә тупланганнар һәм камил графит түгел, алар "ABAB" катламында 0,34 нм аралыгында урнашкан. Рәсем 1D углерод K-кыр EEL спектрын күрсәтә, монда иң югары нокта π * орбиталдан, икенчесе 290 eV тирәсендә σ * орбитал күчү аркасында. Бу структурада sp2 бәйләнешенең өстенлек итүен күреп була, төргәкләрнең югары график булуын тикшереп.
Оптик микроскопия һәм атом көче микроскопиясе (AFM) рәсемнәре графен наноскролларының MGG'ларда таралуы турында мәгълүмат бирә (1 нче рәсем, E дән G, инҗир. S1 һәм S2). Төргәкләр очраклы рәвештә өскә таратыла, һәм аларның самолет тыгызлыгы тезелгән катламнар санына пропорциональ арта. Күпчелек төргәкләр төймәләргә бәйләнгәннәр һәм 10-100 нм диапазонында нониформаль биеклекләр күрсәтәләр. Аларның озынлыгы 1 - 20 мм, киңлеге - 0,1 - 1 мм, башлангыч графен кисәкләренең зурлыгына карап. 1 нче рәсемдә күрсәтелгәнчә (H һәм I), төргәкләр бөртекләргә караганда зуррак зурлыкларга ия, бу графен катламнары арасындагы катлаулырак интерфейска китерә.
Электр үзлекләрен үлчәү өчен, без графен пленкаларын әйләндерү структуралары белән яки 300 мм киңлектә һәм 2000 мм озынлыктагы полосаларда фотолитография ярдәмендә катлам белән бизәдек. Ике зоналы каршылык штамм функциясе буларак әйләнә-тирә шартларда үлчәнде. Төргәкләр булуы монолайер графенга каршы торуны 80% ка киметте, тапшыруның 2,2% кимүе белән (S4 рәсем). Бу 5 × 107 A / см2 (38, 39) кадәр югары ток тыгызлыгы булган наноскролларның MGG'ларга бик уңай электр өлеш кертүен раслый. Барлык моно-, би-, һәм триллер гади графен һәм MGGлар арасында, MGG триллеры 90% диярлек ачыклык белән иң яхшы үткәргечкә ия. Әдәбиятта хәбәр ителгән графенның башка чыганаклары белән чагыштыру өчен, без шулай ук дүрт зоналы дистанцияләрне үлчәттек (S5 рәсем) һәм аларны 2A рәсемдә 550 нм (S6 рәсем) тапшыру функциясе итеп күрсәттек. MGG ясалма рәвештә тезелгән күпкатлы гади графенага һәм чагыштырма графен оксиды (RGO) белән чагыштырганда чагыштырма яки югарырак үткәрүчәнлекне һәм ачыклыкны күрсәтә (6, 8, 18). Игътибар итегез, ясалма рәвештә тупланган күпкатлы гади графенаның әдәбияттан алынган каршылыклары безнең MGGныкыннан бераз югарырак, мөгаен, аларның үсешсез шартлары һәм күчү ысулы аркасында.
А) Берничә төр графен өчен 550 нм тизлектә дүрт зоналы таблицаның каршылыгы, монда кара квадратлар моно-, би- һәм триллер MGG'ларны белдерә; кызыл түгәрәкләр һәм зәңгәр өчпочмаклар Ли һ.б. тикшеренүләреннән Cu һәм Ni өстендә үскән күпкатлы гади графенага туры килә. (6) һәм Ким һ.б. (8), тиешенчә, һәм соңыннан SiO2 / Si яки кварцка күчерелә; һәм яшел өчпочмаклар RGO өчен Bonaccorso һ.б. өйрәнүеннән төрле киметү дәрәҗәләрендә кыйммәтләр. (18). (В һәм С) перпендикуляр (B) һәм параллель (C) штамм функциясе буларак моно-, би- һәм триллер MGG һәм G нормальләштерелгән каршылык үзгәреше. (D) Билайер G (кызыл) һәм MGG (кара) нормальләштерелгән каршылык үзгәреше, 50% га кадәр перпендикуляр штаммны йөкләү. (E) 90% га кадәр параллель штамм йөкләнгән цикллы штамм астында G (кызыл) һәм MGG (кара) триллерның нормальләштерелгән каршылык үзгәреше. (F) Моно-, би- һәм триллер G һәм би- һәм триллер MGGларның нормальләштерелгән сыйдырышлык үзгәреше. Инсет - конденсатор структурасы, монда полимер субстрат - SEBS, полимер диэлектрик катлам - 2 мм калынлыктагы SEBS.
MGG-ның штаммга бәйләнешен бәяләү өчен, без графенны термопластик эластомер стирол-этилен-бутадиен-стирол (SEBS) субстратларына күчердек (киңлеге cm 2 см һәм озынлыгы cm 5 см), һәм үткәрүчәнлек субстрат сузылганда үлчәнде. (карагыз материаллар һәм ысуллар) перпендикуляр һәм агым агымы юнәлешенә параллель (2 нче рәсем, В һәм С). Наноскроллар кушылу һәм графен катламнары саны арту белән штаммга бәйле электр тотышы яхшырды. Мисал өчен, агым агымга перпендикуляр булганда, монолайер графен өчен, төргәкләр кушылу электр өзелү вакытында штаммны 5-70% ка арттырды. Трилайер графенының толерантлыгы монолайер графенасы белән чагыштырганда яхшыра. Наноскроллар белән, 100% перпендикуляр штаммда, триллер MGG структурасының каршылыгы 50% ка артты, триллерлы графен өчен төргәксез 300% белән чагыштырганда. Cyиклик штамм йөкләнеше астында каршылык үзгәреше тикшерелде. Чагыштыру өчен (2D рәсем), гади билайер графен пленкасының каршылыгы ~ 700 циклдан соң якынча 7,5 тапкыр артты, 50% перпендикуляр штаммда һәм һәр циклда киеренкелек белән арта барды. Икенче яктан, билайер MGG каршылыгы ~ 700 циклдан соң якынча 2,5 тапкыр артты. Параллель юнәлештә 90% га кадәр штамм кулланып, триллер графенының каршылыгы 1000 циклдан соң times 100 тапкыр артты, ә MGG триллерында ~ 8 тапкыр гына (2E рәсем). Велосипед нәтиҗәләре инҗирдә күрсәтелгән. S7. Параллель штамм юнәлеше буенча каршылыкның чагыштырмача тизрәк артуы, чөнки ярыкларның юнәлеше агым агымы юнәлешенә перпендикуляр. Йөкләү һәм бушату вакытында каршылыкның тайпылуы SEBS эластомер субстратының вискоэластик торгызылуы белән бәйле. Велосипедта MGG полосаларының тотрыклырак каршылыгы графенаның ярылган өлешләрен күперә ала торган зур төргәкләр булу белән бәйле (AFM тарафыннан ясалган) Бу үткәргеч үткәрүчәнлекне саклап калу феномены эластомер субстратларында ярылган металл яки ярымүткәргеч фильмнар өчен хәбәр ителгән иде (40, 41).
Бу графенга нигезләнгән фильмнарны сузыла торган җайланмаларда капка электродлары дип бәяләү өчен, без графен катламын SEBS диэлектрик катламы белән капладык һәм калынлык функциясе буларак диэлектрик сыйдырышлык үзгәрүен күзәттек (2F рәсем һәм өстәмә материаллар өчен). детальләр). Без гади монолайер һәм билайер графен электродлары белән сыйдырышлыкларның графенның самолеттагы үткәрүчәнлеген югалту аркасында тиз кимегәнен күрдек. Моннан аермалы буларак, MGGs белән капланган сыйдырышлыклар, шулай ук гади триллер графены штамм белән сыйдырышлыкның артуын күрсәттеләр, бу диэлектрик калынлыкның кысылуы аркасында көтелә. Сыйдырышлыкның көтелгән артуы MGG структурасы белән бик яхшы туры килде (рәсем S8). Бу MGG сузылган транзисторлар өчен капка электроды кебек яраклы булуын күрсәтә.
Электр үткәрүчәнлегенең штаммга чыдамлылыгында һәм графен катламнары арасындагы аеруны яхшырак контрольдә тоту өчен, 1D графен төргәгенең ролен тагын да күбрәк тикшерү өчен, без графен төргәкләрен алыштыру өчен спрей белән капланган CNT кулландык (өстәмә материалларны карагыз). MGG структураларын охшату өчен, без өч тыгызлык CNT (ягъни CNT1) урнаштырдык
(Адан С) өч төрле тыгызлыктагы AFM рәсемнәре (CNT1)
Аларның сузылган электроника өчен электрод буларак мөмкинлекләрен тагын да яхшырак аңлау өчен, без системалы рәвештә MGG һәм G-CNT-G морфологияләрен тикшердек. Оптик микроскопия һәм сканерлау электрон микроскопия (SEM) эффектив характеристика ысулы түгел, чөнки икесендә дә төс контрасты юк, һәм графен полимер субстратларда булганда электрон сканерлау вакытында рәсем экспонатларына дучар була (S9 һәм S10 рәсемнәр). Графен өслеген ситуада күзәтү өчен, без триллер MGG һәм гади графенада AFM үлчәүләрен бик нечкә (thick 0,1 мм калынлыкта) һәм эластик SEBS субстратларына күчергәннән соң тупладык. CVD графенындагы эчке җитешсезлекләр һәм күчерү процессында экстриник зыян булганлыктан, кысылган графенада ярыклар котылгысыз барлыкка килә, һәм киеренкелек арту белән ярыклар тыгызланды (4 нче рәсем, Адан Д). Углерод нигезендәге электродларның структурасына карап, ярыклар төрле морфологияләрне күрсәтәләр (S11 рәсем) (27). Күпкатлы графенның ярак мәйданы тыгызлыгы (ярак мәйданы / анализланган өлкә дип билгеләнә) монголдан соң монолайер графеннан кимрәк, бу MGGs өчен электр үткәрүчәнлегенең артуына туры килә. Икенче яктан, ярыкларны күпер өчен төргәкләр еш күзәтелә, кысылган пленкада өстәмә үткәргеч юллар бирә. Мәсәлән, 4Б рәсемендә күрсәтелгәнчә, киң төргәк MGG триллерындагы ярык аша узып китте, ләкин гади графенада бер төргәк тә күзәтелмәде (4 нче рәсем, E - H). Шулай ук, CNTлар графендагы ярыкларны күперләр (S11 рәсем). Ярык мәйдан тыгызлыгы, әйләндерү өлкәсе тыгызлыгы, фильмнарның тупаслыгы 4К рәсемдә кыскача күрсәтелгән.
. % штамм. Вәкиллек ярыклары һәм төргәкләр уклар белән күрсәтелгән. Барлык AFM рәсемнәре дә 15 мм × 15 мм мәйданда, билгеле бер төсле шкаланы кулланып. (I) SEBS субстратында монолайер графен электродларының симуляция геометриясе. (J) Монолайер графенасында һәм SEBS субстратында максималь төп логарифмик штаммның симуляция контур картасы 20% тышкы штаммда. (К) Ярык мәйдан тыгызлыгын (кызыл багана), әйләндерү өлкәсенең тыгызлыгын (сары багана), һәм төрле графен структуралары өчен өслекнең тупаслыгын (зәңгәр багана) чагыштыру.
MGG фильмнары сузылганда, әйләндергеч челтәрне саклап, төргәкләр графенаның ярылган өлкәләрен күпер өчен мөһим өстәмә механизм бар. Графен төргәкләре өметле, чөнки алар озынлыгы дистәләрчә микрометр булырга мөмкин, шуңа күрә гадәттә микрометр масштабына кадәр булган ярыкларны күпер өчен. Моннан тыш, төргәкләр графенның күп катламлы булганлыктан, аларның түбән каршылыгы булыр дип көтелә. Чагыштыру өчен, чагыштырмача тыгыз (түбән тапшыру) CNT челтәрләре чагыштырма үткәргеч күпер мөмкинлеген тәэмин итү өчен кирәк, чөнки CNTлар кечерәк (озынлыгы берничә микрометр) һәм төргәкләргә караганда азрак үткәргеч. Икенче яктан, инҗирдә күрсәтелгәнчә. S12, штаммны урнаштыру өчен сузылганда графен ярылса, төргәкләр ярылмый, соңгысы төп графенада сикереп торуын күрсәтә. Аларның ярылмавының сәбәбе, мөгаен, күп катлам графеннан торган (to 1 - 2 0 мм, киңлеге ~ 0,1 - 1 мм, һәм - 10 - 100 нм биеклектә) тупланган структура белән бәйледер. бер катлы графенага караганда югарырак эффектив модуль. Грин һәм Герсам хәбәр иткәнчә (42), металл CNT челтәрләре (трубаның диаметры 1,0 нм) CNTлар арасындагы зур тоташуга карамастан, түбән таблицаларга каршы торырга мөмкин <100 охм / кв. Безнең графен төргәкләренең киңлеге 0,1 - 1 мм булуын һәм G / G төргәкләренең CNT'ларга караганда күпкә зуррак контакт өлкәләре булуын исәпкә алып, графен һәм графен төргәкләре арасындагы контакт каршылыгы һәм контакт өлкәсе югары үткәрүчәнлекне саклау факторларын чикләргә тиеш түгел.
Графен SEBS субстратына караганда күпкә югарырак модульгә ия. Графен электродының эффектив калынлыгы субстратныкыннан күпкә түбән булса да, графенның каты булуы субстрат белән чагыштырыла (43, 44), нәтиҗәдә уртача каты утрау эффекты барлыкка килә. SEBS субстратында 1-нм калынлыктагы графенның деформациясен симуляцияләдек (детальләр өчен өстәмә материалларны карагыз). Симуляция нәтиҗәләре буенча, SEBS субстратына 20% штамм кулланылганда, графендагы уртача штамм 6,6% тәшкил итә (4J рәсем һәм S13D рәсеме), бу эксперимент күзәтүләренә туры килә (S13 рәсемен кара). . Оптик микроскопия ярдәмендә бизәлгән графен һәм субстрат өлкәләрдәге штаммны чагыштырдык һәм субстрат өлкәсендәге штаммның графен өлкәсендә ким дигәндә ике тапкыр булуын таптык. Бу шуны күрсәтә: графен электрод үрнәкләрендә кулланылган штамм шактый чикләнергә мөмкин, SEBS өстендә графен каты утраулар барлыкка китерә (26, 43, 44).
Шуңа күрә, MGG электродларының югары үткәргеч астында югары үткәрүчәнлекне саклап калу сәләте, мөгаен, ике төп механизм ярдәмендә мөмкин: (i) төргәкләр үткәргеч перколяция юлын саклап калу өчен өзелгән төбәкләрне күперләр, һәм (ii) күпкатлы графен таблицалары / эластомер сикерергә мөмкин. бер-берсенә өстәп, графен электродларында киеренкелек кими. Эластомерда күчерелгән графенның берничә катламы өчен катламнар бер-берсе белән нык бәйләнмиләр, алар штаммга җавап итеп сикерергә мөмкин (27). Төргәкләр шулай ук графен катламнарының тупаслыгын арттырдылар, бу графен катламнары арасындагы аерманы көчәйтергә ярдәм итә һәм шуның өчен графен катламнарын сикерергә мөмкинлек бирә.
Барлык углерод җайланмалары аз чыгымлы һәм югары үткәрүчәнлек белән дәртләнеп эзләнәләр. Безнең очракта, барлык углеродлы транзисторлар аскы графен капкасы, өске графен чыганагы / дренаж контактлары, сортланган CNT ярымүткәргеч һәм SEBS диэлектрик ярдәмендә ясалганнар (5A рәсем). 5Б рәсемендә күрсәтелгәнчә, чыганак / дренаж һәм капка (аскы җайланма) буларак CNT булган бөтен углеродлы җайланма графен электродлары (өске җайланма) белән чагыштырганда ачык түгел. Чөнки CNT челтәрләре зуррак калынлыклар таләп итәләр, һәм, нәтиҗәдә, графенаныкына охшаган таблицаларга каршы тору өчен түбән оптик тапшырулар (S4 рәсем). Рәсем 5 (C һәм D) билайер MGG электродлары белән ясалган транзистор өчен сузылганчы вәкил күчерү һәм чыгу сызыкларын күрсәтә. Каналның киңлеге һәм өйрәнелмәгән транзисторның озынлыгы тиешенчә 800 һәм 100 мм. Onлчәү / сүндерү коэффициенты, 10−5 һәм 10−8 A дәрәҗәсендә, сүндерелгән һәм сүндерелгән агымнар белән 103-дән зуррак. Чыгыш сызыгы ачык капка-көчәнешкә бәйле булган идеаль сызыклы һәм тор режимын күрсәтә, бу CNT һәм графен электродлары арасында идеаль контактны күрсәтә (45). Графен электродлары белән контакт каршылыгы парга әйләнгән Ау пленкасына караганда түбәнрәк булган (S14 рәсемен кара). Сузыла торган транзисторның туену хәрәкәте якынча 5,6 см2 / Вс, диэлектрик катлам буларак 300-нм SiO2 каты Si субстратларында полимер сортлы CNT транзисторларына охшаган. Алга таба хәрәкәтне яхшырту оптимальләштерелгән труба тыгызлыгы һәм башка төр трубалар ярдәмендә мөмкин (46).
А) Графенга нигезләнгән сузыла торган транзистор схемасы. SWNTлар, бер диварлы углеродлы нанотублар. Б) графен электродларыннан (өске) һәм CNT электродлардан (аста) ясалган сузылган транзисторлар фотосы. Ачыклыкның аермасы ачык күренә. (C һәм D) Графенга нигезләнгән транзисторның SEBS-та күчерү һәм чыгу сызыклары. .
Ачык, бөтен углерод җайланмасы корылма транспорт юнәлешенә параллель юнәлештә сузылганда, минималь деградация 120% ка кадәр күзәтелә. Сузылган вакытта хәрәкәт 5,6 см2 / Всдан 0% штаммда 2,5 см2 / Вска кадәр 120% штаммда кимеде (5F рәсем). Без шулай ук төрле канал озынлыгы өчен транзистор эшчәнлеген чагыштырдык (S1 таблицасын карагыз). Шунысы игътибарга лаек, 105% зурлыктагы штаммда, бу транзисторларның барысы да югары / сүндерү (> 103) һәм хәрәкәтчәнлек (> 3 см2 / Вс) күрсәттеләр. Моннан тыш, без барлык углерод транзисторлары буенча соңгы эшләрне йомгакладык (S2 таблицасын карагыз) (47–52). Эластомерларда җайланма җитештерүне оптимальләштереп һәм MGG'ларны контакт итеп кулланып, безнең углеродлы транзисторлар хәрәкәтчәнлек һәм гистерез ягыннан яхшы күрсәткеч күрсәтәләр, шулай ук югары сузылалар.
Тулы үтә күренмәле һәм сузыла торган транзистор кушымтасы буларак, без аны LED сүндерүне контрольдә тоту өчен кулландык (6A рәсем). 6Б рәсемендә күрсәтелгәнчә, яшел LED турыдан-туры өстә сузылган сузылган углерод җайланмасы аша ачык күренә. ~ 100% ка сузылганда (6-нчы рәсем, С һәм Д), яктылыкның LED интенсивлыгы үзгәрми, ул югарыда тасвирланган транзистор эшенә туры килә (S1 киносын карагыз). Бу графен электродлары ярдәмендә ясалган сузыла торган контроль берәмлекләрнең беренче отчеты, графен сузыла торган электроника өчен яңа мөмкинлекне күрсәтә.
А) Светофорны йөртү өчен транзистор схемасы. GND, җир. Б) яшел LED өстендә куелган 0% штаммда сузыла торган һәм үтә күренмәле углерод транзисторы фотосы. (C) Светофорны күчерү өчен кулланылган бөтен углеродлы үтә күренмәле һәм сузыла торган транзистор LED өстендә 0% (сулда) һәм ~ 100% штаммда (уңда) урнаштырыла. Ак уклар җайланмадагы сары маркерлар итеп күрсәтәләр, дистанциянең үзгәрүен күрсәтәләр. Г) сузылган транзисторның як күренеше, LED эластомерга этәрелә.
Ахырда, без ачык үткәргеч графен структурасын эшләдек, ул зур сузыклар астында сузылган электродлар кебек югары үткәрүчәнлекне саклый, графен катламнары арасында графен наноскроллары ярдәмендә. Эластомердагы бу ике һәм өчпочмаклы MGG электрод структуралары, монолайер графен электродлары өчен 5% штаммда үткәрүчәнлекне тулысынча югалту белән чагыштырганда, 100% ка кадәр 0% штамм үткәрүчәнлеген 21 һәм 65% саклый ала. . Графен төргәкләренең өстәмә үткәргеч юллары, шулай ук күчерелгән катламнар арасындагы зәгыйфь үзара бәйләнеш киеренкелектә югары үткәрүчәнлек тотрыклылыгына ярдәм итә. Алга таба без бу графен структурасын бөтен углерод сузыла торган транзисторлар ясау өчен кулландык. Әлегә бу - графенга нигезләнгән иң сузылган транзистор, челтәр кулланмыйча иң яхшы ачыклык. Хәзерге тикшеренү графенны сузылырга мөмкин электроника өчен үткәрелсә дә, без бу ысул 2D электроникасын киңәйтү өчен башка 2D материалларга да киңәйтелергә мөмкин дип саныйбыз.
Зур мәйданлы CVD графен асылынган Cu фольгасында (99,999%; Альфа Эзар) 0,5 мторр басымы астында 50 - SCCM (минутына стандарт куб сантиметр) CH4 һәм 20 - SCCM H2 1000 ° C прекурсоры буларак үстерелде. Cu фольгасының ике ягы монолайер графен белән капланган. PMMA-ның нечкә катламы (2000 әйләнеше; A4, Микрохим) Cu фольгасының бер ягында әйләндереп алынган, PMMA / G / Cu фольга / G структурасын формалаштырган. Соңрак, бөтен фильм 0,1 М аммиак персульфаты (NH4) 2S2O8] эремәсенә 2 сәгать чамасы Cu фольгасын чыгару өчен сугарылган. Бу процесс вакытында сакланмаган арткы графен башта ашлык чикләрен ертты, аннары өслек киеренкелеге аркасында төргәкләргә төрелде. Төргәкләр PMMA ярдәмендә югары графен пленкасына беркетелде, PMMA / G / G төргәкләрен формалаштырды. Соңрак фильмнар берничә тапкыр деонизацияләнгән суда юылды һәм каты SiO2 / Si яки пластик субстрат кебек максатлы субстратка куелды. Беркетелгән пленка субстратта кипкәч, w үрнәге эзлекле рәвештә ацетонга, 1: 1 ацетон / IPA (изопропил спирты), һәм PMMA бетерү өчен 30 с. Фильмнар 100 ° C 15 минутта җылытылды яки төнлә вакуумда сакланды, капланган су тулысынча G / G төргәге күчерелгәнче. Бу адым графен пленкасын субстраттан аерудан саклану һәм PMMA ташучы катламын чыгару вакытында MGG'ларны тулысынча каплауны тәэмин итү иде.
MGG структурасы морфологиясе оптик микроскоп (Лейка) һәм сканерлау электрон микроскопы (1 кВ; FEI) ярдәмендә күзәтелде. G төргәкләренең детальләрен күзәтү өчен, атом көче микроскопы (Наноскоп III, Санлы Инструмент) кагылу режимында эшләнде. Фильмның ачыклыгы ультрафиолет-күренгән спектрометр белән сынады (Agilent Cary 6000i). Сынау өчен агым агымының перпендикуляр юнәлеше буенча булганда, фотолитография һәм O2 плазмасы графен структураларын полосаларга (киңлеге ~ 300 μм һәм озынлыгы ~ 2000 μm), һәм Ау (50 нм) электродлар термик рәвештә урнаштырылган. озын ягының ике очында күләгә маскалары. Аннары графен полосалары SEBS эластомеры (киңлеге cm 2 см һәм cm 5 см) белән контактка кертелде, полосаларның озын күчәре SEBSның кыска ягына параллель, аннары BOE (буферланган оксид эх) (HF: H2O) 1: 6) электр контактлары итеп эфирик һәм эвтектик галий индиумы (EGaIn). Параллель штамм сынаулары өчен, язылмаган графен структурасы (~ 5 × 10 мм) SEBS субстратларына күчерелде, озын балталар SEBS субстратының озын ягына параллель. Ике очракта да бөтен G (G төргәкләре булмаган) / SEBS кул аппаратында эластомерның озын ягына сузылды, һәм ситуада без аларның каршылык үзгәрүләрен ярымүткәргеч анализатор белән тикшерү станциясендә үлчәдек (Китли 4200) -СКС).
Эластик субстраттагы югары сузыла торган һәм үтә күренмәле углерод транзисторлары полимер диэлектрик һәм субстратның органик эретүче зыянын булдырмас өчен түбәндәге процедуралар белән эшләнгән. MGG структуралары SEBSка капка электродлары итеп күчерелде. Бердәм нечкә пленкалы полимер диэлектрик катлам (2 мм калынлык) алу өчен, SEBS толуен (80 мг / мл) эремәсе октадецилтрихлоросиланда (ОТС) үзгәртелгән SiO2 / Si субстратында 1000 минутта 1 минутта әйләнде. Нечкә диэлектрик пленка гидрофобик ОТС өслегеннән әзерләнгән графен белән капланган SEBS субстратына җиңел күчерелергә мөмкин. Конденсатор сыек металл (EGaIn; Сигма-Алдрич) өске электродны куеп ясалырга мөмкин, сыйдырышлыкны LCR (индуктивлык, сыйдырышлык, каршылык) счетчик (Agilent) ярдәмендә штамм функциясе итеп билгеләү өчен. Транзисторның бүтән өлеше полимер сортлы ярымүткәргеч CNTлардан тора, алдан хәбәр ителгән процедуралар буенча (53). Чыганак / дренаж электродлары каты SiO2 / Si субстратларында эшләнгән. Соңыннан, ике өлеш, диэлектрик / G / SEBS һәм CNT / үрнәк G / SiO2 / Si, бер-берсенә ламинатланганнар, һәм каты SiO2 / Si субстратын чыгару өчен BOE белән сугарылганнар. Шулай итеп, тулы үтә күренмәле һәм сузыла торган транзисторлар уйлап чыгарылган. Электр сынавы югарыда күрсәтелгән ысул буларак кул белән сузылган көйләүдә башкарылды.
Бу мәкалә өчен өстәмә материал http://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/3/9/e1700159/DC1
инҗир. S1. Төрле зурлыктагы SiO2 / Si субстратларында MGG монолайерының оптик микроскопия рәсемнәре.
инҗир. S4. Ике зоналы таблицаларның ераклыкларын һәм тапшыруларын чагыштыру @ 550 nm моно-, би- һәм өчпочмаклы гади графен (кара квадратлар), MGG (кызыл түгәрәкләр), һәм CNT (зәңгәр өчпочмак).
инҗир. S7. Моно- һәм билайер MGGs (кара) һәм G (кызыл) нормальләштерелгән каршылык үзгәреше ~ 1000 цикллы штамм астында 40 һәм 90% параллель штаммны йөкләү.
инҗир. S10. SEBS эластомерында триллер MGG-ның SEM образы, берничә ярык өстендә озын әйләндерү кроссын күрсәтә.
инҗир. S12. AFM образы бик нечкә SEBS эластомерында 20% штаммда, бу төргәкнең ярык аша үткәнен күрсәтә.
таблица S1. Билайер MGG - бер диварлы углеродлы нанотуб транзисторларының хәрәкәтләре төрле канал озынлыкларында һәм аннан соң.
Бу Creative Commons Attribution-Non-Коммерция лицензиясе шартларында таратылган ачык мәкалә, ул куллану, тарату һәм репродукцияләү рөхсәт итә, нәтиҗәдә куллану коммерция өстенлеге өчен булмаса һәм оригиналь эш тиешенчә булса. китерелгән.
Искәрмә: без сезнең электрон почта адресыгызны сорыйбыз, шуңа күрә сез битне тәкъдим иткән кеше сезнең аны күрүегезне теләгәнен һәм бу кирәксез почта түгеллеген белсен өчен. Без бернинди электрон почта адресын да алмыйбыз.
Бу сорау сезнең кеше килүегезне тикшерү һәм автоматлаштырылган спам җибәрүне булдырмау өчен.
Н.
Н.
© 2021 Фән үсеше өчен Америка Ассоциациясе. Барлык хокуклар сакланган. AAAS - HINARI, AGORA, OARE, CHORUS, CLOCKSS, CrossRef һәм COUNTER партнеры. Science Advances ISSN 2375-2548.
Пост вакыты: 28-2021 гыйнвар