在這項(xiàng)工作中，本研究展示了通過采用單層單晶化學(xué)氣相沉積（CVD）石墨烯陣列制造的高靈敏度和可擴(kuò)展的霍爾傳感器。該器件基于石墨烯霍爾棒，載流子遷移率>12000 cm
2 V
–1 s
–1，殘余載流子密度為~1×10
11 cm
-2，霍爾靈敏度高于5000 V a
-1 T
-1，這是以前只有使用六方氮化硼薄片封裝的剝離石墨烯才能達(dá)到的值。研究還實(shí)現(xiàn)了一種簡單且可擴(kuò)展的聚合物封裝，使石墨烯霍爾棒在環(huán)境中測量時的性能穩(wěn)定。研究證明，當(dāng)石墨烯器件在空氣中保持10周以上時，這種封端方法可以減少電傳輸性能的退化。基于可擴(kuò)展合成和封裝的已實(shí)現(xiàn)器件的最新性能有助于石墨烯霍爾傳感器的發(fā)展。
圖1. 石墨烯單晶的典型陣列的示意圖（a）通過CVD在銅箔上生長，（b）轉(zhuǎn)移到Si/SiO
2，（c）使用制造的霍爾傳感器，以及（d）在PMMA旋涂之后。（e） 在Si/SiO
2襯底上轉(zhuǎn)移的石墨烯晶體陣列的光學(xué)顯微照片。（f） 在石墨烯晶體陣列上制造的霍爾棒。（g） 裸石墨烯（底部）和PMMA包覆石墨烯（頂部）的代表性拉曼光譜。
圖2: 芯片1的電傳輸特性。（a） 典型運(yùn)輸測量的電氣圖。（b） 電阻率是所施加的柵極電壓的函數(shù)。不同的顏色代表九個不同的霍爾酒吧。（c） 霍爾電壓作為相對于CNP施加的柵極電壓的函數(shù)。（d） 作為載流子密度函數(shù)的載流子遷移率。（e） CNP處的電荷不均勻性。插圖：代表性器件（HB2）的電導(dǎo)率是雙對數(shù)標(biāo)度上載流子密度的函數(shù)。使用線性擬合來獲得n*。（f） 電流相關(guān)靈敏度是在B～0.37T下獲得的施加?xùn)艠O電壓的函數(shù)。
圖3. 沒有和有PMMA封裝的石墨烯霍爾棒的電學(xué)特性。(a)電阻率測量作為外加?xùn)艠O電壓函數(shù)的遲滯。(上圖)未封頂大廳酒吧:向前(紅色實(shí)線)和向后(橙色虛線)后門掃。(下)PMMA覆蓋的大廳條:向前(藍(lán)色實(shí)線)和向后(綠色虛線)后門掃描。(b) CNP的位置和(c)未封頂(紅色)和封頂(藍(lán)色)石墨烯器件的滯回率隨老化時間的變化。(d - f) PMMA封裝后芯片3的電性能，顯示電阻(d)、霍爾電壓(e)和電流相關(guān)靈敏度(f)作為外加?xùn)艠O電壓的函數(shù)。(g - i)芯片3老化10周后的電性能，顯示電阻(g)、霍爾電壓(h)和電流相關(guān)靈敏度(i)隨外加?xùn)艠O電壓的變化。
相關(guān)研究成果由意大利技術(shù)研究所Ayush Tyagi、Vaidotas Mišeikis和Camilla Coletti等人2023年發(fā)表在ACS Applied Nano Materials (鏈接: https://doi.org/10.1021/acsanm.3c03920)上。原文：Highly Sensitive Hall Sensors Based on Chemical Vapor Deposition Graphene
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號
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