理论教育 石墨烯电子传递的特性及掺杂现象

石墨烯电子传递的特性及掺杂现象

时间:2023-07-01 理论教育 版权反馈
【摘要】:在实验中已观察到室温下石墨烯具有高电子迁移率[15000cm2/(V·s)]。石墨烯的电子和空穴迁移率在10~100K温度范围内几乎是相同的。石墨烯对用于合成的基底类型显示出功函数依赖性。同样,沉积于二氧化硅上的石墨烯的电子迁移率为40000cm2/(V·s)。这种现象表明,掺杂石墨烯可以不用掺杂物代替碳原子。这也意味着,这种掺杂是在石墨烯中已存在的间隙位置完成的,而这些在间隙位置的掺杂能够影响载流子迁移。

石墨烯电子传递的特性及掺杂现象

在实验中已观察到室温下石墨烯具有高电子迁移率[15000cm2/(V·s)]。石墨烯的电子和空穴迁移率在10~100K温度范围内几乎是相同的。这种情况只有在石墨烯中不存在缺陷且在较低的温度下才可能出现。然而,如果在声子相互作用的散射过程下,室温下迁移率为200000cm2/(V·s),载流子密度为1012/cm3。在这种情况下,本征电阻率在室温下为10-6Ω·cm,小于银的电阻率。石墨烯对用于合成的基底类型显示出功函数依赖性。同样,沉积于二氧化硅上的石墨烯的电子迁移率为40000cm2/(V·s)。通常可以预测的是,一旦材料掺杂了一些阳离子、阴离子或中性分子,取代的分子不能通过任何物理过程进行去除,如真空下的热处理等。在石墨烯中,一些科学家[沙丁等(Schedin et al),2007]观察到,掺杂材料如气态物(受体或给体)甚至钾,可以通过在真空下进行热处理将其从石墨烯上移除。有趣的是,这些杂质会对载流子迁移率产生影响,但在热处理后,又观察到了原本的迁移率。这种现象表明,掺杂石墨烯可以不用掺杂物代替碳原子。这也意味着,这种掺杂是在石墨烯中已存在的间隙位置完成的,而这些在间隙位置的掺杂能够影响载流子迁移。此外,在间隙位置的掺杂物可以通过适当的热处理去除。基于这些观察,为了保持石墨烯的中性,掺杂剂必须处于间隙位置才能保持电荷平衡。这一结论需要深入地调查研究,尤其是要检查电荷和掺杂物所在的间隙位置。(www.daowen.com)

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