石墨烯柔性电子学进展:垂直方向堆叠的多层场效应管结构

石墨烯优异的力学性质使之成为柔性电子学的理想材料之一。如今,研究人员已经可以利用离子液体,氧化铝以及氧化石墨烯等材料作为绝缘层实现柔性石墨烯场效应管的制备,器件也都展现出了良好的性能。不过在结构设计方面仍然有很多地方存在巨大的改善空间。如:由于工艺限制,目前都只能实现单门调控的柔性场效应管,尚无法制备双门调控器件;其次,在大面积、批量制备平面结构石墨烯场效应管方面取得很大进展,尚无报道在垂直于衬底方向上扩展器件数量。

北京大学物理学院廖志敏副教授、俞大鹏教授及其研究团队通过自主研发的石墨烯定点转移技术成功实现了垂直于衬底方向上器件数量的拓展,同时实现了双门调控的石墨烯柔性场效应管。电子束曝光胶(PMMA)是一种良好的绝缘材料,200纳米厚度的薄膜击穿电压高达150V,可以很好地充当场效应管中的介电层。他们利用定点转移技术分别将三片PMMA/石墨烯的复合结构依次转移至已经制备好电极的PET衬底上,实现了四个单门压调控的石墨烯场效应管。而中间层的石墨烯导电沟道则可以分别被上、下门电压同时调控。弯折实验和老化试验后器件性能基本得到了完美的保持,证明了这种堆叠结构在柔性电子学领域应用的巨大潜力。实验中所用PMMA/石墨烯的复合结构制备效率极高,5mm2大小的石墨烯即可制备出400个以上的复合结构,可充当元件库,通过转移技术随时进行电路修复,甚至垂直方向器件数量的拓展。未来随着实验室制备工艺的进一步探索,作者有望进一步提升器件集成度,实现高效的大面积柔性双门压调控石墨烯场效应管器件的制备。相关结果发表在Small上。

Untitled