【摘要】 Cao等人[1]系统地研究了气体传感过程中石墨烯通道费米能级的时间演化。

Cao等人[1]系统地研究了气体传感过程中石墨烯通道费米能级的时间演化。在最初p型掺杂的石墨烯沟道的NH3气体传感过程中，观察到在负背栅电压下的费米能级会聚行为和在正背栅电压上的费米能级钉扎行为。实验结果证实，原始p型掺杂水平对费米能级收敛的能级（CFL）有显著影响。提出了费米能级会聚和钉扎行为的经验模型：费米能级的上移抑制了电子从NH3向石墨烯的注入，同时增强了电子从石墨烯向原始p型掺杂剂（如H2O）的提取。在正背栅电压下，从新吸收的NH3显著抑制的电子注入被从石墨烯到原始p型掺杂剂的电子提取所补充。这就是为什么当费米能级被推到CFL以上时，石墨烯通道对NH3没有反应，尽管它仍然显著低于NH3的施主能级。

通过快速传输特性测量，研究了NH3传感过程中费米能级的时间演化。简言之，对于最初的p型掺杂石墨烯通道，当器件在0至−50 V的VBGH下暴露于NH3时，费米能级会收敛。费米能级收敛的能级在狄拉克点以下约275–310 meV。当VBGH增加到25和50V时，费米能级被电推到CFL之上，并且NH3的暴露对费米能级显示出几乎不可见的影响。由于从石墨烯表面有效地去除了H2O，器件烘焙将CFL向上推。当平衡气体从N2变为干燥空气时，平衡气体中O2的存在向下推动CFL。气体传感过程中费米能级的时间演变是原始p型掺杂剂和新吸附的气体分子之间的相互作用。在正VBGH处的费米能级钉扎是因为从NH3显著抑制的电子注入被对原始p型掺杂剂（最可能是H2O）的电子提取完全补充。

 

[1]      Cao G, Liu X, Liu W, et al. Chemical environment dominated Fermi level pinning of a graphene gas sensor[J]. Carbon, 2017, 124: 57-63.

 

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