BN/Graphene/BN Schichtsystem für Nanostrukturen mit hohen Beweglichkeiten

• Antragsteller: Privatdozent Dr. Charles Gould
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 242357908

Die Ladungsträgerbeweglichkeit wird in Graphen häufig als Bewertungsgrundlage für die Qualität des Bauelementes herangezogen. In makroskopischen Strukturen auf SiO2 Substraten können typischerweise Beweglichkeiten von bis zu 10.000 cm.V-1s-1 erzielt werden und in großen freistehenden Strukturen wurden sogar Beweglichkeiten von bis zu 200.000 cm.V-1s-1 berichtet. Der Nachteil dieser Methode besteht jedoch darin, dass diese die lithographischen Möglichkeiten erheblich einschränkt. Auf der Suche nach einem geeigneteren Substratdielektrikum kam es vor kurzem zu einem großen Durchbruch, als gezeigt wurde, dass hexagonales Bornitrid (h-BN) die elektronische Qualität von Graphen Bauteilen erheblich erhöht, wobei Ladungsträgerbeweglichkeiten von bis zu 140.000 cm.V-1s-1 nahe des Ladungsträgerneutralitätspunktes erzielt wurden. Während BN als großer Fortschritt bzgl. der Materialqualität gesehen wurde, haben vor kurzem durchgeführte Experimente an Graphen-Nanostrukturen auf BN Substraten keine signifikanten Verbesserungen der Beweglichkeiten, sowie der Unordnungsdichte im Vergleich zu ähnlichen Strukturen auf SiO2 gezeigt. Eine generelle Annahme in diesem Forschungsfeld ist, dass die Qualität durch die Unordnung der Kanten limitiert ist, welche zudem mit kleiner werdender Bauteilgröße an Einfluss gewinnt. Diese mögliche Erklärung wurde jedoch noch nicht experimentell bestätigt. Weiterhin ist bekannt, dass sogar die Qualität großer Bauteile durch nicht optimierte lithographische Prozesse erheblich gemindert werden kann. Wir postulieren daher, dass der limitierende Faktor in den BN-Graphen Nanostrukturen in der Tat lithographischer Natur ist und schlagen daher ein neues Herstellungsmodell, basierend auf der Idee Graphen zwischen zwei schützenden Lagen BN einzuschließen, vor. Mit diesem praktisch vollkommen sauberen Herstellungsprozess erhoffen wir uns, Nanostrukturen mit noch nie da gewesener Beweglichkeit herzustellen.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1459: Graphene
• Beteiligte Person: Professor Dr. Laurens W. Molenkamp