Wafer-scale solution-derived molecular gate dielectrics for low-voltage graphene electronics

Applied Physics Letters

Volumn 104, Issue 8, 2014, Pages

  Sangwan, Vinod K ^a   Jariwala, Deep ^a   Everaerts, Ken ^b   McMorrow, Julian J ^a   He, Jianting ^a   Grayson, Matthew ^a   Lauhon, Lincoln J ^a   Marks, Tobin J ^a,b   Hersam, Mark C ^a,b  

^a Northwestern University   (United States)

^b NORTHWESTERN UNIVERSITY   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

CARRIER CONCENTRATION; DIELECTRIC MATERIALS; FIELD EFFECT TRANSISTORS; GATE DIELECTRICS; GRAPHENE TRANSISTORS; HALL MOBILITY; HOLE MOBILITY; ORGANIC-INORGANIC MATERIALS; SILICA;

FIELD-EFFECT MOBILITIES; GRAPHENE FIELD-EFFECT TRANSISTORS; INTERFACIAL PROPERTY; LOW OPERATING VOLTAGE; MULTI-LAYER HYBRIDS; RESIDUAL CARRIER CONCENTRATION; SOLUTION-PROCESSED; TRANSISTOR CHARACTERISTICS;

GRAPHENE;

EID: 84896772418     PISSN: 00036951     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1063/1.4866387     Document Type: Article

References (49)

1. S. Das Sarma, S. Adam, E. H. Hwang, and E. Rossi, Rev. Mod. Phys. 83, 407 (2011). 10.1103/RevModPhys.83.407
2. D. Jariwala, V. K. Sangwan, L. J. Lauhon, T. J. Marks, and M. C. Hersam, Chem. Soc. Rev. 42, 2824 (2013). 10.1039/c2cs35335k
3. K. S. Novoselov, A. K. Geim, S. V. Morozov, D. Jiang, Y. Zhang, S. V. Dubonos, I. V. Grigorieva, and A. A. Firsov, Science 306, 666 (2004). 10.1126/science.1102896
4. K. S. Novoselov, V. I. Falko, L. Colombo, P. R. Gellert, M. G. Schwab, and K. Kim, Nature 490, 192 (2012). 10.1038/nature11458
5. K. I. Bolotin, K. J. Sikes, Z. Jiang, M. Klima, G. Fudenberg, J. Hone, P. Kim, and H. L. Stormer, Solid State Commun. 146, 351 (2008). 10.1016/j.ssc.2008.02.024
6. S. V. Morozov, K. S. Novoselov, M. I. Katsnelson, F. Schedin, D. C. Elias, J. A. Jaszczak, and A. K. Geim, Phys. Rev. Lett. 100, 016602 (2008). 10.1103/PhysRevLett.100.016602
7. S. Adam, E. H. Hwang, V. M. Galitski, and S. Das Sarma, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 104, 18392 (2007). 10.1073/pnas.0704772104
8. J. H. Chen, C. Jang, S. Adam, M. S. Fuhrer, E. D. Williams, and M. Ishigami, Nature Phys. 4, 377 (2008). 10.1038/nphys935
9. F. Schedin, A. K. Geim, S. V. Morozov, E. W. Hill, P. Blake, M. I. Katsnelson, and K. S. Novoselov, Nature Mater. 6, 652 (2007). 10.1038/nmat1967
10. J.-H. Chen, C. Jang, S. Xiao, M. Ishigami, and M. S. Fuhrer, Nat. Nanotechnol. 3, 206 (2008). 10.1038/nnano.2008.58
11. C. R. Dean, A. F. Young, I. Meric, C. Lee, L. Wang, S. Sorgenfrei, K. Watanabe, T. Taniguchi, P. Kim, K. L. Shepard, and J. Hone, Nat. Nanotechnol. 5, 722 (2010). 10.1038/nnano.2010.172
12. A. H. Castro Neto, F. Guinea, N. M. R. Peres, K. S. Novoselov, and A. K. Geim, Rev. Mod. Phys. 81, 109 (2009). 10.1103/RevModPhys.81.109
13. I. Meric, C. R. Dean, A. F. Young, N. Baklitskaya, N. J. Tremblay, C. Nuckolls, P. Kim, and K. L. Shepard, Nano Lett. 11, 1093 (2011). 10.1021/nl103993z
14. Y.-M. Lin, C. Dimitrakopoulos, K. A. Jenkins, D. B. Farmer, H.-Y. Chiu, A. Grill, and P. Avouris, Science 327, 662 (2010). 10.1126/science.1184289
15. V. K. Sangwan, D. Jariwala, S. A. Filippone, H. J. Karmel, J. E. Johns, J. M. P. Alaboson, T. J. Marks, L. J. Lauhon, and M. C. Hersam, Nano Lett. 13, 1162 (2013). 10.1021/nl3045553
16. J. Bai, L. Liao, H. Zhou, R. Cheng, L. Liu, Y. Huang, and X. Duan, Nano Lett. 11, 2555 (2011). 10.1021/nl201331x
17. L. Liao, J. Bai, Y. Qu, Y.-c. Lin, Y. Li, Y. Huang, and X. Duan, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 107, 6711 (2010). 10.1073/pnas.0914117107
18. H. Liu, K. Xu, X. Zhang, and P. D. Ye, Appl. Phys. Lett. 100, 152115 (2012). 10.1063/1.3703595
19. P. Ye, A. T. Neal, T. Shen, J. J. Gu, M. L. Bolen, and M. A. Capano, ECS Trans. 33, 459 (2010) 10.1149/1.3481634.
20. S. M. George, Chem. Rev. 110, 111 (2010) 10.1021/cr900056b.
21. G. M. Whitesides and M. Boncheva, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 99, 4769 (2002). 10.1073/pnas.082065899
22. R. P. Ortiz, A. Facchetti, and T. J. Marks, Chem. Rev. 110, 205 (2010) 10.1021/cr9001275.
23. S. A. DiBenedetto, A. Facchetti, M. A. Ratner, and T. J. Marks, Adv. Mater. 21, 1407 (2009). 10.1002/adma.200803267
24. L. L. Hench and J. K. West, Chem. Rev. 90, 33 (1990). 10.1021/cr00099a003
25. C. Mattevi, F. Colléaux, H. Kim, Y.-H. Lin, K. T. Park, M. Chhowalla, and T. D. Anthopoulos, Nanotechnology 23, 344017 (2012). 10.1088/0957-4484/23/34/344017
26. M.-H. Yoon, A. Facchetti, and T. J. Marks, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 102, 4678 (2005). 10.1073/pnas.0501027102
27. S. A. DiBenedetto, D. Frattarelli, M. A. Ratner, A. Facchetti, and T. J. Marks, J. Am. Chem. Soc. 130, 7528 (2008). 10.1021/ja801309g
28. Y.-g. Ha, S. Jeong, J. Wu, M.-G. Kim, V. P. Dravid, A. Facchetti, and T. J. Marks, J. Am. Chem. Soc. 132, 17426 (2010). 10.1021/ja107079d
29. V. K. Sangwan, R. P. Ortiz, J. M. P. Alaboson, J. D. Emery, M. J. Bedzyk, L. J. Lauhon, T. J. Marks, and M. C. Hersam, ACS Nano 6, 7480 (2012). 10.1021/nn302768h
30. K. Everaerts, J. D. Emery, D. Jariwala, H. J. Karmel, V. K. Sangwan, P. L. Prabhumirashi, M. L. Geier, J. J. McMorrow, M. J. Bedzyk, A. Facchetti, M. C. Hersam, and T. J. Marks, J. Am. Chem. Soc. 135, 8926 (2013). 10.1021/ja4019429
31. S. Ju, F. Ishikawa, P. Chen, H.-K. Chang, C. Zhou, Y.-g. Ha, J. Liu, A. Facchetti, T. J. Marks, and D. B. Janes, Appl. Phys. Lett. 92, 222105 (2008). 10.1063/1.2937111
32. S. Ju, J. Li, J. Liu, P.-C. Chen, Y.-g. Ha, F. Ishikawa, H. Chang, C. Zhou, A. Facchetti, D. B. Janes, and T. J. Marks, Nano Lett. 8, 997 (2008) 10.1021/nl072538+.
33. S.-H. Hur, M.-H. Yoon, A. Gaur, M. Shim, A. Facchetti, T. J. Marks, and J. A. Rogers, J. Am. Chem. Soc. 127, 13808 (2005). 10.1021/ja0553203
34. See supplementary material at http://dx.doi.org/10.1063/1.4866387 E-APPLAB-104-057408 for characterization of SAND, description of the graphene transfer process, characteristics of G-FETs on Zr-SAND, characteristics of control G-FETs, and controlled SAM doping on Hf-SAND.
35. Z. Sun, Z. Yan, J. Yao, E. Beitler, Y. Zhu, and J. M. Tour, Nature 468, 549 (2010). 10.1038/nature09579
36. J. W. Suk, A. Kitt, C. W. Magnuson, Y. Hao, S. Ahmed, J. An, A. K. Swan, B. B. Goldberg, and R. S. Ruoff, ACS Nano 5, 6916 (2011). 10.1021/nn201207c
37. X. Li, W. Cai, J. An, S. Kim, J. Nah, D. Yang, R. Piner, A. Velamakanni, I. Jung, E. Tutuc, S. K. Banerjee, L. Colombo, and R. S. Ruoff, Science 324, 1312 (2009). 10.1126/science.1171245
38. A. C. Ferrari, J. C. Meyer, V. Scardaci, C. Casiraghi, M. Lazzeri, F. Mauri, S. Piscanec, D. Jiang, K. S. Novoselov, S. Roth, and A. K. Geim, Phys. Rev. Lett. 97, 187401 (2006). 10.1103/PhysRevLett.97.187401
39. C. Mattevi, H. Kim, and M. Chhowalla, J. Mater. Chem. 21, 3324 (2011). 10.1039/c0jm02126a
40. J. Yan, Y. Zhang, P. Kim, and A. Pinczuk, Phys. Rev. Lett. 98, 166802 (2007). 10.1103/PhysRevLett.98.166802
41. S. Pisana, M. Lazzeri, C. Casiraghi, K. S. Novoselov, A. K. Geim, A. C. Ferrari, and F. Mauri, Nature Mater. 6, 198 (2007). 10.1038/nmat1846
42. I. Meric, M. Y. Han, A. F. Young, B. Ozyilmaz, P. Kim, and K. L. Shepard, Nat. Nanotechnol. 3, 654 (2008). 10.1038/nnano.2008.268
43. J. Xia, F. Chen, J. Li, and N. Tao, Nat. Nanotechnol. 4, 505 (2009). 10.1038/nnano.2009.177
44. Z. Yan, Z. Sun, W. Lu, J. Yao, Y. Zhu, and J. M. Tour, ACS Nano 5, 1535 (2011). 10.1021/nn1034845
45. K. Yokota, K. Takai, and T. Enoki, Nano Lett. 11, 3669 (2011). 10.1021/nl201607t
46. F. Schwierz, Nat. Nanotechnol. 5, 487 (2010). 10.1038/nnano.2010.89
47. A. M. DaSilva, K. Zou, J. K. Jain, and J. Zhu, Phys. Rev. Lett. 104, 236601 (2010). 10.1103/PhysRevLett.104.236601
48. Y.-F. Chen and M. S. Fuhrer, Phys. Rev. Lett. 95, 236803 (2005). 10.1103/PhysRevLett.95.236803
49. B. N. Szafranek, G. Fiori, D. Schall, D. Neumaier, and H. Kurz, Nano Lett. 12, 1324 (2012). 10.1021/nl2038634