少层石墨烯功函数研究：层数影响与基底调控新发现

近年来，二维材料领域取得突破性进展，其中少层石墨烯因其独特的电子特性成为研究焦点。本文通过实验与理论计算结合，揭示了基底环境对少层石墨烯功函数（WF）的调控机制，为新型电子器件开发提供重要参考。

一、核心发现：层数对功函数影响有限

实验数据显示，单层与多层石墨烯功函数差异仅约60meV（图1b）。通过Kelvin探针力显微镜（KPFM）检测发现，悬浮单层与七层石墨烯的接触电位差达90±10mV，与计算结果高度吻合。这种弱层数依赖性源于电荷分布的指数衰减特性。

图1. (a) 在 Si/SiO2 (300 nm) 晶圆上蚀刻的方形结构上沉积的单层和七层石墨烯薄片的 5 × 5 μm2 AFM 形貌图像。 (b) (a) 中薄片的 KPFM（接触电位）图像。叠加的直方图对应于悬浮的单层和七层石墨烯薄片的 CP 值。插入图分别显示沿 (a) 和 (b) 中的白色虚线截取的横截面[1]

二、基底调控的关键作用

1.电荷供给基底影响
在Na修饰基底体系中，功函数随层数（1-5层）呈现显著变化。PDOS分析表明，最外层电荷密度直接决定WF值偏移。

2.SiO2基底掺杂效应
Si/SiO2基底通过电荷转移实现功函数调控，接触电位直方图分析显示基底掺杂效率可达15%以上（图1a,b对比）。

三、技术突破与应用前景

采用KPFM技术实现80μm扫描范围内FLG与HOPG的对比分析，建立接触电位差值检测标准。该技术可应用于：

• 柔性电子器件的界面优化
• 传感器表面功函数精确调控
• 新型光伏材料的能带工程设计

四、实验方法创新

1.采用高斯拟合算法处理接触电位数据

2.开发基底-偶极层复合调控方案

3.建立层数依赖性的指数衰减模型

当前研究证实，通过基底工程和分子偶极层设计，可实现石墨烯功函数0.1-0.3eV范围的精确调控。这为石墨烯在纳米电子器件、光电转换器件等领域的应用扫清了关键障碍。

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