Ultrahigh mobility semiconducting epitaxial graphene on silicon carbide

材料科学 石墨烯 光电子学 碳化硅 基质(水族馆) 外延 电子迁移率 单层 半导体 纳米技术 带隙 图层(电子) 复合材料 海洋学 地质学
作者
Jian Zhao,Peixuan Ji,Yaqi Li,Rui Lo,Kaimin Zhang,Hao Tian,Kaichen Yu,Luzhen Hao,Boyue Bian,Xiao Xue,Ramiro Moro,Lei Ma,Walt de Heer
出处
期刊:Research Square - Research Square 被引量:5
标识
DOI:10.21203/rs.3.rs-2539465/v1
摘要

Abstract Epigraphene, which is graphene that is epitaxially grown on a single crystal silicon carbide (SiC) substrate, was proposed as a path to extend Moore’s roadmap beyond silicon at the beginning of the millennium. Despite considerable progress, the lack of a bandgap in graphene and steps on the substrate continued to be roadblocks. Here we show a new method to produce millimeter scale step-free terraces covered with a graphene-like interface that is bonded to the SiC surface. This so-called buffer layer is found to be two-dimensional semiconducting epigraphene (SEG) with a 0.6 eV bandgap and a room temperature mobility exceeding 4000 cm 2 V -1 s -1 , which surpasses all current 2D single layer semiconductors by a factor of 10. A top-gated SEG field-effect transistor demonstrates an on-to-off ratio of 10 4 which is suitable for digital electronics. In addition, we also find that hydrogen intercalation converts SEG into a high-mobility semi-metallic epigraphene monolayer that can be seamlessly integrated with SEG. Centimeter scale mean free paths are observed in the epigraphene edge state of this quasi-freestanding monolayer, which is by a factor of 1000, the largest room temperature electronic mean free path observed in any material.
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