Growth of wafer-scale graphene–hexagonal boron nitride vertical heterostructures with clear interfaces for obtaining atomically thin electrical analogs
Source abstract
Abstract
Two-dimensional (2D) integrated circuits based on graphene (Gr) heterostructures have emerged as next-generation electronic devices. However, it is still challenging to produce high-quality and large-area Gr/hexagonal boron nitride (h-BN) vertical heterostructures with clear interfaces and precise layer control. In this work, a two-step metallic alloy-assisted epitaxial growth approach has been demonstrated for producing wafer-scale vertical hexagonal boron nitride/graphene (h-BN/Gr) heterostructures with clear interfaces. The heterostructures maintain high uniformity while scaling up and thickening. The layer number of both h-BN and graphene can be independently controlled by tuning the growth process. Furthermore, conductance measurements confirm that electrical hysteresis disappears on h-BN/Gr field-effect transistors, which is attributed to the h-BN dielectric surface. Our work blazes a trail toward next-generation graphene-based analog devices.
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Research context
OpenAlex topics: Graphene research and applications · Quantum and electron transport phenomena · 2D Materials and Applications
SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.
Affiliations
Institute for Advanced Ceramics, School of Materials Science and Engineering, Harbin Institute of Technology, Heilongjiang, Harbin, 150080, P. R. China
Key Laboratory of Micro-Systems and Micro-Structures Manufacturing of Ministry of Education, Harbin Institute of Technology, Harbin 150080, P. R. China
Department of Physics, Southern University of Science and Technology, Shenzhen 518055, P. R. China
School of Energy Science and Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin 150080, P. R. China
Institute for Frontier Materials, Deakin University, Waurn Ponds, Australia
Funding
National Key Research and Development Program of China · National Natural Science Foundation of China · State Key Laboratory of Robotics and System
References (88)
Show source-provided references
1. Liao · Nature · 2010 · 467 · 30510.1038/nature09405 ↗
2. Akinwande · Nature · 2019 · 573 · 50710.1038/s41586-019-1573-9 ↗
3. Sui · Nat. Phys. · 2015 · 11 · 102710.1038/nphys3485 ↗
4. Ju · Nature · 2015 · 520 · 65010.1038/nature14364 ↗
5. Freitag · Nat. Nanotechnol. · 2018 · 13 · 39210.1038/s41565-018-0080-8 ↗
6. Zhang · Nat. Commun. · 2013 · 4 · 181110.1038/ncomms2830 ↗
7. Gao · Nano Lett. · 2015 · 15 · 200110.1021/nl504860z ↗
8. Xu · Nat. Nanotechnol. · 2016 · 11 · 93010.1038/nnano.2016.132 ↗
9. Wang · Nature · 2019 · 570 · 9110.1038/s41586-019-1226-z ↗
10. Yuan · Nature · 2020 · 577 · 20410.1038/s41586-019-1870-3 ↗
11. Liao · Mater. Today · 2012 · 15 · 32810.1016/S1369-7021(12)70138-4 ↗
12. Rizzi · Nano Lett. · 2012 · 12 · 394810.1021/nl301079r ↗
13. Wu · Nano Lett. · 2012 · 12 · 306210.1021/nl300904k ↗
14. Cheng · Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. · 2012 · 109 · 1158810.1073/pnas.1205696109 ↗
15. Han · Nano Lett. · 2011 · 11 · 369010.1021/nl2016637 ↗
16. Liu · Nano Lett. · 2016 · 16 · 106410.1021/acs.nanolett.5b04203 ↗
17. Wang · IEEE Electron Device Lett. · 2010 · 31 · 90610.1109/LED.2010.2052017 ↗
18. Lin · Science · 2011 · 332 · 129410.1126/science.1204428 ↗
19. Han · Nat. Commun. · 2014 · 5 · 1
20. Mišeikis · ACS Nano · 2020 · 14 · 1119010.1021/acsnano.0c02738 ↗
21. Giambra · ACS Nano · 2021 · 15 · 317110.1021/acsnano.0c09758 ↗
22. Chen · Nat. Nanotechnol. · 2008 · 3 · 20610.1038/nnano.2008.58 ↗
23. Lemme · IEEE Electron Device Lett. · 2007 · 28 · 28210.1109/LED.2007.891668 ↗
24. Park · Jpn. J. Appl. Phys. · 2016 · 55 · 09150210.7567/JJAP.55.091502 ↗
25. Feng · Adv. Mater. · 2014 · 26 · 658710.1002/adma.201402427 ↗
26. Farmer · Nano Lett. · 2009 · 9 · 447410.1021/nl902788u ↗
27. Liao · Nano Lett. · 2010 · 10 · 395210.1021/nl101724k ↗
28. Wang · Sci. Adv. · 2021 · 7 · eabf874410.1126/sciadv.abf8744 ↗
29. Kim · ACS Nano · 2012 · 6 · 858310.1021/nn301675f ↗
30. Jiang · ACS Appl. Mater. Interfaces · 2017 · 9 · 3975810.1021/acsami.7b10948 ↗
31. Orofeo · J. Phys. Chem. C · 2014 · 118 · 334010.1021/jp410874z ↗
32. Britnell · Science · 2012 · 335 · 94710.1126/science.1218461 ↗
33. Dean · Nat. Nanotechnol. · 2010 · 5 · 72210.1038/nnano.2010.172 ↗
34. Wang · Adv. Mater. · 2014 · 26 · 155910.1002/adma.201304937 ↗
35. Kim · Nat. Commun. · 2015 · 6 · 1
36. Uchida · ACS Nano · 2018 · 12 · 623610.1021/acsnano.8b03055 ↗
37. Cui · Nat. Nanotechnol. · 2015 · 10 · 53410.1038/nnano.2015.70 ↗
38. Kim · Appl. Phys. Lett. · 2009 · 94 · 06210710.1063/1.3077021 ↗
39. Wang · IEEE Electron Device Lett. · 2011 · 32 · 120910.1109/LED.2011.2160611 ↗
40. Feijoo · IEEE Trans. Electron Devices · 2019 · 66 · 156710.1109/TED.2018.2890192 ↗
41. Bresnehan · ACS Nano · 2012 · 6 · 523410.1021/nn300996t ↗
42. Wang · Nat. Phys. · 2016 · 12 · 111110.1038/nphys3856 ↗
43. Tang · Nat. Commun. · 2015 · 6 · 649910.1038/ncomms7499 ↗
44. Yang · Nat. Mater. · 2013 · 12 · 79210.1038/nmat3695 ↗
45. Dean · Nat. Phys. · 2011 · 7 · 69310.1038/nphys2007 ↗
46. Schmitz · 2D Mater. · 2020 · 7 · 04100710.1088/2053-1583/abae7b ↗
47. Pezzini · 2D Mater. · 2020 · 7 · 04100310.1088/2053-1583/aba645 ↗
48. Minhyeok · Nanoscale · 2011 · 3 · 308910.1039/c1nr10504c ↗
49. Tang · Carbon · 2011 · 50 · 529
50. Tang · Sci. Rep. · 2013 · 3 · 266610.1038/srep02666 ↗
51. Mishra · Carbon · 2016 · 96 · 49710.1016/j.carbon.2015.09.100 ↗
52. Min · Nano Lett. · 2013 · 13 · 93310.1021/nl303760m ↗
53. Hua · Nanoscale · 2015 · 7 · 1604610.1039/C5NR04490A ↗
54. Zhang · Nat. Commun. · 2015 · 6 · 651910.1038/ncomms7519 ↗
55. Ci · Nat. Mater. · 2010 · 9 · 43010.1038/nmat2711 ↗
56. Aoki · Diamond Relat. Mater. · 2008 · 17 · 62810.1016/j.diamond.2007.08.043 ↗
57. Chang · ACS Nano · 2013 · 7 · 133310.1021/nn3049158 ↗
58. Lu · Nat. Commun. · 2015 · 6 · 616010.1038/ncomms7160 ↗
59. Yang · Nanotechnology · 2019 · 30 · 24570610.1088/1361-6528/ab0d3d ↗
60. Ferrari · Phys. Rev. Lett. · 2006 · 97 · 18740110.1103/PhysRevLett.97.187401 ↗
61. Ferrari · Nat. Nanotechnol. · 2013 · 8 · 23510.1038/nnano.2013.46 ↗
62. Zuo · Sci. Rep. · 2015 · 5 · 1476010.1038/srep14760 ↗
63. Yankowitz · Nat. Phys. · 2012 · 8 · 38210.1038/nphys2272 ↗
64. Gao · Nat. Commun. · 2015 · 6 · 683510.1038/ncomms7835 ↗
65. Chen · Adv. Mater. · 2019 · 31 · 180558210.1002/adma.201805582 ↗
66. Sun · Nature · 2010 · 468 · 54910.1038/nature09579 ↗
67. Zhang · Adv. Mater. · 2011 · 23 · 102010.1002/adma.201004110 ↗
68. Ci · Nat. Mater. · 2010 · 9 · 43010.1038/nmat2711 ↗
69. Sanjay · J. Am. Chem. Soc. · 2015 · 137 · 1306010.1021/jacs.5b07739 ↗
70. Tay · Nano Lett. · 2014 · 14 · 83910.1021/nl404207f ↗
71. Zhang · Nat. Commun. · 2017 · 8 · 1456010.1038/ncomms14560 ↗
72. Lin · Nano Lett. · 2012 · 12 · 41410.1021/nl203733r ↗
73. Fang · ACS Nano · 2014 · 8 · 649110.1021/nn5015177 ↗
74. Seok · Adv. Mater. · 2017 · 29 · 170075310.1002/adma.201700753 ↗
75. Joshi · J. Phys.: Condens. Matter · 2010 · 22 · 334214
76. Gao · Small Methods · 2018 · 2 · 170038410.1002/smtd.201700384 ↗
77. Xu · Chem. Rev. · 2013 · 113 · 376610.1021/cr300263a ↗
78. Liu · Nano Lett. · 2011 · 11 · 52310.1021/nl1033842 ↗
79. Wang · Adv. Mater. · 2011 · 23 · 246410.1002/adma.201100476 ↗
80. Lohmann · Nano Lett. · 2009 · 9 · 197310.1021/nl900203n ↗
81. Nagashio · Appl. Phys. Express · 2009 · 2 · 02500310.1143/APEX.2.025003 ↗
82. Fang · Phys. Lett. A · 2015 · 379 · 224510.1016/j.physleta.2015.06.063 ↗
83. Yang · ACS Nano · 2010 · 4 · 553210.1021/nn1021583 ↗
84. Somayyeh · ACS Nano · 2014 · 8 · 1047110.1021/nn5038493 ↗
85. Giorgia · Nano Lett. · 2012 · 12 · 394810.1021/nl301079r ↗
86. Pan · Adv. Electron. Mater. · 2018 · 4 · 170066210.1002/aelm.201700662 ↗
87. Yang · ACS Nano · 2010 · 4 · 553210.1021/nn1021583 ↗
88. Radisavljevic · ACS Nano · 2011 · 5 · 993410.1021/nn203715c ↗