እጅግ በጣም ግልጽ እና ሊለጠጡ የሚችሉ የግራፊን ኤሌክትሮዶች

እንደ ግራፊን ያሉ ባለ ሁለት ገጽታ ቁሶች ለሁለቱም ለተለመዱት ሴሚኮንዳክተር አፕሊኬሽኖች እና በተለዋዋጭ ኤሌክትሮኒክስ ውስጥ ለሚመጡ አፕሊኬሽኖች ማራኪ ናቸው። ሆኖም፣ የግራፊን ከፍተኛ የመሸከም ጥንካሬ በዝቅተኛ ውጥረት ውስጥ ስብራት ያስከትላል፣ ይህም በሚዘረጋ ኤሌክትሮኒክስ ውስጥ ያሉትን ልዩ የኤሌክትሮኒክስ ባህሪያት ለመጠቀም አስቸጋሪ ያደርገዋል። ግልጽ የሆኑ የግራፊን አስተላላፊዎችን እጅግ በጣም ጥሩ ውጥረት-ጥገኛ አፈፃፀም ለማስቻል፣ በተደራረቡ የግራፊን ንብርብሮች መካከል የግራፊን ናኖስክሮሎችን ፈጠርን፣ እነዚህም ባለብዙ ሽፋን ግራፊን/ግራፊን ስክሮሎች (MGGs) ተብለው ይጠራሉ። በጭንቀት ስር፣ አንዳንድ ስክሮሎች በከፍተኛ ውጥረት ውስጥ በጣም ጥሩ የሆነ ኮንዳክሽን እንዲኖር ለማድረግ የተቆራረጡ የግራፊን ጎራዎች ድልድይ አድርገዋል። በኤላስቶመር ላይ የሚደገፉ ባለ ሶስት ሽፋን MGGዎች በ100% ውጥረት ውስጥ የመጀመሪያውን ኮንዳክሽን 65% ይይዛሉ፣ ይህም ከአሁኑ ፍሰት አቅጣጫ ጋር ቀጥ ያለ ነው፣ ናኖስክሮልስ የሌላቸው የግራፊን የሶስት ሽፋን ፊልሞች ደግሞ ከጅምር ኮንዳክሽን 25% ብቻ ይይዛሉ። ኤምጂጂዎችን እንደ ኤሌክትሮዶች በመጠቀም የተሰራ ሊለጠጥ የሚችል ሙሉ በሙሉ የካርቦን ትራንዚስተር >90% ማስተላለፊያ አሳይቷል እና የመጀመሪያውን የአሁኑን ውፅዓት 60% በ120% ውጥረት (ከቻርጅ ትራንስፖርት አቅጣጫ ጋር ትይዩ) ይይዛል። እነዚህ በጣም ሊለጠጡ የሚችሉ እና ግልጽ የሆኑ ሙሉ በሙሉ የካርቦን ትራንዚስተሮች የተራቀቁ ሊለጠጡ የሚችሉ ኦፕቶኤሌክትሮኒክስን ማስቻል ይችላሉ።
ሊዘረጋ የሚችል ግልጽ ኤሌክትሮኒክስ በተራቀቁ ባዮኢንተግሬትድ ሲስተሞች (1፣ 2) ውስጥ አስፈላጊ አፕሊኬሽኖች ያሉት እንዲሁም ከተዘረጋ ኦፕቶኤሌክትሮኒክስ (3፣ 4) ጋር በመዋሃድ የተራቀቁ ለስላሳ ሮቦቲክስ እና ማሳያዎችን የማምረት አቅም ያለው እያደገ የመጣ መስክ ነው። ግራፊን የአቶሚክ ውፍረት፣ ከፍተኛ ግልጽነት እና ከፍተኛ የኮንክሪትነት ባህሪያትን ያሳያል፣ ነገር ግን በተዘረጋ አፕሊኬሽኖች ውስጥ ያለው አተገባበር በአነስተኛ ውጥረቶች ላይ የመሰነጠቅ ዝንባሌው ተገድቧል። የግራፊን ሜካኒካል ገደቦችን ማሸነፍ በተዘረጋ ግልጽ መሳሪያዎች ውስጥ አዲስ ተግባርን ሊያነቃ ይችላል።
የግራፊን ልዩ ባህሪያት ለቀጣዩ ትውልድ ግልጽ የሆኑ አስተላላፊ ኤሌክትሮዶች (5፣ 6) ጠንካራ እጩ ያደርጉታል። በብዛት ጥቅም ላይ ከሚውሉት ግልጽ አስተላላፊዎች ጋር ሲነጻጸር፣ ኢንዲየም ቲን ኦክሳይድ [ITO፤ 100 ohms/ስኩዌር (ስኩዌር) በ90% ግልጽነት]፣ በኬሚካል ትነት ክምችት (CVD) የሚበቅለው ሞኖላይየር ግራፊን ተመሳሳይ የሆነ የሉህ መቋቋም (125 ohms/ስኩዌር) እና ግልጽነት (97.4%) ጥምረት አለው። በተጨማሪም፣ የግራፊን ፊልሞች ከ ITO (7) ጋር ሲነፃፀሩ እጅግ በጣም ልዩ የሆነ ተለዋዋጭነት አላቸው። ለምሳሌ፣ በፕላስቲክ ንጣፍ ላይ፣ አስተላላፊነቱ እስከ 0.8 ሚሜ (8) ድረስ ትንሽ ለሆነ የታጠፈ ራዲየስ እንኳን ሊቆይ ይችላል። እንደ ግልጽ ተለዋዋጭ አስተላላፊ የኤሌክትሪክ አፈፃፀሙን የበለጠ ለማሳደግ፣ ቀደም ሲል የተደረጉ ስራዎች አንድ-ልኬት (1D) የብር ናኖዋሮች ወይም የካርቦን ናኖቱቦች (CNTs) ያላቸው የግራፊን ድብልቅ ቁሳቁሶችን አዘጋጅተዋል (9–11)። ከዚህም በላይ፣ ግራፊን ለተደባለቁ ሄትሮስትሩክቸራል ሴሚኮንዳክተሮች (እንደ 2D bulk Si፣ 1D ናኖዊሮች/ናኖቱቦች እና 0D ኳንተም ዶትስ ያሉ) (12)፣ ተለዋዋጭ ትራንዚስተሮች፣ የፀሐይ ሴሎች እና ብርሃን አመንጪ ዳዮዶች (LEDs) (13–23) እንደ ኤሌክትሮዶች ጥቅም ላይ ውሏል።
ግራፊን ለተለዋዋጭ ኤሌክትሮኒክስ ተስፋ ሰጪ ውጤቶችን ቢያሳይም፣ በሚዘረጋ ኤሌክትሮኒክስ ውስጥ ያለው አተገባበር በሜካኒካል ባህሪያቱ (17፣ 24፣ 25) የተገደበ ነው፤ ግራፊን 340 N/m የሆነ ውስጣዊ ጥንካሬ እና የያንግ ሞዱለስ 0.5 TPa (26) አለው። ጠንካራው የካርቦን-ካርቦን ኔትወርክ ለተተገበረው ውጥረት ምንም አይነት የኃይል ማከፋፈያ ዘዴዎችን አይሰጥም እና ስለዚህ ከ 5% ባነሰ ውጥረት በቀላሉ ይሰነጠቃል። ለምሳሌ፣ ወደ ፖሊዲሜቲልሲሎክሳን (PDMS) የላስቲክ ንጣፍ የተላለፈው የሲቪዲ ግራፊን ከ 6% በታች በሆነ ውጥረት (8) ብቻ ኮንዳክቲቭነቱን መጠበቅ ይችላል። የቲዎሬቲካል ስሌቶች እንደሚያሳዩት በተለያዩ ንብርብሮች መካከል መጨማደድ እና መስተጋብር ጥንካሬውን በእጅጉ መቀነስ አለበት (26)። ግራፊንን ወደ ብዙ ንብርብሮች በመደርደር፣ ይህ ባለ ሁለት ወይም የሶስት ሽፋን ግራፊን ወደ 30% ውጥረት ሊዘረጋ የሚችል ሲሆን ከሞኖላይየር ግራፊን (27) በ13 እጥፍ ያነሰ የመቋቋም ለውጥ ያሳያል። ይሁን እንጂ፣ ይህ የመለጠጥ አቅም አሁንም ከዘመናዊው የመለጠጥ አቅም ካላቸው ሲ ኦንዱክተሮች በእጅጉ ያነሰ ነው (28፣ 29)።
ትራንዚስተሮች በተዘረጋ አፕሊኬሽኖች ውስጥ አስፈላጊ ናቸው ምክንያቱም የተራቀቀ የዳሳሽ ንባብ እና የምልክት ትንተና ስለሚያስችሉ (30፣ 31)። ባለብዙ ሽፋን ግራፊን እንደ ምንጭ/ፍሳሽ ኤሌክትሮዶች እና የቻናል ቁሳቁስ ያላቸው በPDMS ላይ ያሉ ትራንዚስተሮች እስከ 5% ውጥረት (32) ድረስ የኤሌክትሪክ ተግባርን ሊጠብቁ ይችላሉ፣ ይህም ለተለባሽ የጤና ክትትል ዳሳሾች እና ለኤሌክትሮኒክስ ቆዳ ከሚፈለገው ዝቅተኛ እሴት (~50%) በእጅጉ ያነሰ ነው (33፣ 34)። በቅርቡ የግራፊን ኪሪጋሚ አቀራረብ ተፈልጓል፣ እና በፈሳሽ ኤሌክትሮላይት የተዘጋው ትራንዚስተር እስከ 240% (35) ሊዘረጋ ይችላል። ሆኖም፣ ይህ ዘዴ የተንጠለጠለ ግራፊን ይፈልጋል፣ ይህም የማምረቻ ሂደቱን ያወሳስበዋል።
እዚህ፣ የግራፊን ጥቅልሎችን (ከ1 እስከ 20 μm ርዝመት፣ ከ0.1 እስከ 1 μm ስፋት እና ከ10 እስከ 100 nm ከፍታ) በግራፊን ንብርብሮች መካከል በማቆራኘት በጣም የሚለጠጡ የግራፊን መሳሪያዎችን እናገኛለን። እነዚህ የግራፊን ጥቅልሎች በግራፊን ወረቀቶች ውስጥ ስንጥቆችን ለማገናኘት የሚያስችሉ መንገዶችን ሊሰጡ እንደሚችሉ እና በዚህም ምክንያት በውጥረት ስር ከፍተኛ ኮንዳክቲቭነትን እንደሚጠብቁ እንገምታለን። የግራፊን ጥቅልሎች ተጨማሪ ውህደት ወይም ሂደት አያስፈልጋቸውም፤ በተፈጥሮ በእርጥብ ዝውውር ሂደት ወቅት ይፈጠራሉ። ባለብዙ ሽፋን G/G (graphene/graphene) ጥቅልሎችን (MGGs) የግራፊን የሚለጠጡ ኤሌክትሮዶችን (ምንጭ/ፍሳሽ እና በር) እና ከፊል ኮንዳክቲቭ CNTዎችን በመጠቀም፣ ወደ 120% ውጥረት (ከቻርጅ ትራንስፖርት አቅጣጫ ጋር ትይዩ) ሊዘረጉ እና 60% የሚሆነውን የመጀመሪያ የአሁኑ ውፅዓት ሊይዙ የሚችሉ በጣም ግልጽ እና በጣም የሚለጠጡ ሁሉንም-ካርቦን ትራንዚስተሮችን ማሳየት ችለናል። ይህ እስካሁን ድረስ በጣም ሊለጠጡ የሚችሉ ግልጽ የካርቦን ላይ የተመሠረተ ትራንዚስተር ሲሆን፣ ኢንኦርጋኒክ ኤልኢዲን ለማሽከርከር በቂ የሆነ ጅረት ይሰጣል።
ሰፊ ቦታ ላይ ግልጽ የሆኑ የተለጠፉ የግራፊን ኤሌክትሮዶችን ለማስቻል፣ በCu ፎይል ላይ በCVD የሚበቅል ግራፊን መርጠናል። የCu ፎይል በሁለቱም በኩል የግራፊን እድገት እንዲኖር በCVD ኳርትዝ ቱቦ መሃል ላይ ተንጠልጥሎ የG/Cu/G አወቃቀሮችን ፈጠረ። ግራፊን ለማስተላለፍ፣ የግራፊን አንድ ጎን ለመጠበቅ በመጀመሪያ ቀጭን ፖሊ(ሜቲል ሜታክሪሌት) (PMMA) ሽፋን ቀባን፣ ይህም የላይኛው ጎን ግራፊን (ለግራፊን ሌላኛው ጎን በተቃራኒው) ብለን ሰየምነው፣ እና በመቀጠልም፣ መላው ፊልም (PMMA/top graphene/Cu/bottom graphene) የCu ፎይልን ለማስወገድ በ(NH4)2S2O8 መፍትሄ ውስጥ ተጠመቀ። የPMMA ሽፋን የሌለው የታችኛው ጎን ግራፊን አንድ ሻጋታ እንዲገባ የሚያስችሉ ስንጥቆች እና ጉድለቶች ሊኖሩት ይችላል (36፣ 37)። በምስል 1A ላይ እንደሚታየው፣ በገጽታ ውጥረት ተጽዕኖ ስር፣ የተለቀቁት የግራፊን ጎራዎች ወደ ጥቅልሎች ተጠቅልለው በቀሪው የላይኛው G/PMMA ፊልም ላይ ተያይዘዋል። የላይኛው-ጂ/ጂ ጥቅልሎች እንደ SiO2/Si፣ መስታወት ወይም ለስላሳ ፖሊመር ባሉ ማናቸውም ንጣፎች ላይ ሊተላለፉ ይችላሉ። ይህንን የዝውውር ሂደት በተመሳሳይ ንጣፎች ላይ ብዙ ጊዜ መድገም የMGG መዋቅሮችን ይሰጣል።
(ሀ) የኤምጂጂዎች የማምረቻ ሂደት ንድፍ ምሳሌ እንደ ሊዘረጋ የሚችል ኤሌክትሮድ። በግራፊን ዝውውር ወቅት፣ በኩ ፎይል ላይ ያለው የኋላ ግራፊን ድንበሮች እና ጉድለቶች ላይ ተሰብሯል፣ ወደ የዘፈቀደ ቅርጾች ተጠምጥሞ በላይኛው ፊልሞች ላይ በጥብቅ ተያይዟል፣ ናኖስክሮልስ ይፈጥራል። አራተኛው ካርቱን የተደራረበውን የኤምጂጂ መዋቅር ያሳያል። (ለ እና ሐ) የሞኖላይየር MGG ከፍተኛ ጥራት ያላቸው የTEM ባህሪያት፣ በቅደም ተከተል በሞኖላይየር ግራፊን (ለ) እና በሸብልል (ሐ) ክልል ላይ ያተኩራል። የ(ለ) ውስጠኛው ክፍል በTEM ፍርግርግ ላይ የሞኖላይየር MGGዎችን አጠቃላይ ሞርፎሎጂ የሚያሳይ ዝቅተኛ የማጉላት ምስል ነው። የ(C) ማስገቢያዎች በምስሉ ላይ በተገለጹት አራት ማዕዘን ቅርጽ ባላቸው ሳጥኖች ላይ የተወሰዱ የጥንካሬ መገለጫዎች ሲሆኑ፣ በአቶሚክ አውሮፕላኖች መካከል ያለው ርቀት 0.34 እና 0.41 nm ነው። (መ) የካርቦን K-ጠርዝ EEL ስፔክትረም በባህሪያዊ ግራፊክቲክ π* እና σ* ጫፎች የተሰየሙ። (ሠ) በቢጫ ነጠብጣብ መስመር ላይ የከፍታ መገለጫ ያላቸው የሞኖላይየር G/G ጥቅልሎች የክፍል AFM ምስል። (ከF እስከ I) የሶስትዮሽ G (F እና H) እና በ300-nm ውፍረት ባለው SiO2/Si ንጣፎች ላይ ጥቅልሎች (G እና I) ያሉት የኦፕቲካል ማይክሮስኮፒ እና የAFM ምስል በቅደም ተከተል። ልዩነቶቻቸውን ለማጉላት የሚወክሉ ጥቅልሎች እና ሽክርክሪቶች መለያ ተሰጥቷቸዋል።
ጥቅልሎቹ በተፈጥሮው የተጠቀለሉ ግራፊን መሆናቸውን ለማረጋገጥ፣ በሞኖሌየር የላይኛው-ጂ/ጂ ጥቅልል ​​አወቃቀሮች ላይ ከፍተኛ ጥራት ያለው የትራንስሚሽን ኤሌክትሮን ማይክሮስኮፒ (TEM) እና የኤሌክትሮን ኢነርጂ ኪሳራ (EEL) ስፔክትሮስኮፒ ጥናቶችን አካሂደናል። ምስል 1ለ የሞኖሌየር ግራፊን ባለ ስድስት ጎን መዋቅር ያሳያል፣ እና ውስጡ በTEM ፍርግርግ አንድ የካርቦን ቀዳዳ ላይ የተሸፈነው የፊልም አጠቃላይ ሞርፎሎጂ ነው። ሞኖሌየር ግራፊን አብዛኛውን ፍርግርግ ይሸፍናል፣ እና በርካታ ባለ ስድስት ጎን ቀለበቶች ባሉበት አንዳንድ የግራፊን ፍሌኮች ይታያሉ (ምስል 1ለ)። ወደ አንድ የግል ጥቅል በማጉላት (ምስል 1ሐ)፣ ከፍተኛ መጠን ያለው የግራፊን ፍሌክስ ተመልክተናል፣ የፍርግርግ ክፍተት ከ0.34 እስከ 0.41 nm ባለው ክልል ውስጥ። እነዚህ መለኪያዎች ፍሌኮች በዘፈቀደ የተጠቀለሉ እና ፍጹም ግራፋይት እንዳልሆኑ ይጠቁማሉ፣ ይህም በ"ABAB" ንብርብር መደራረብ ውስጥ 0.34 nm የሆነ የፍርግርግ ክፍተት አለው። ምስል 1D የካርቦን K-edge EEL ስፔክትረምን ያሳያል፣ በ285 eV ላይ ያለው ጫፍ ከπ* ኦርቢታል የሚመነጨው ሲሆን ሌላኛው ደግሞ በ290 eV አካባቢ ያለው የσ* ኦርቢታል ሽግግር ምክንያት ነው። በዚህ መዋቅር ውስጥ የ sp2 ትስስር የበላይ መሆኑን ማየት ይቻላል፣ ይህም ጥቅልሎቹ በጣም ግራፊክ መሆናቸውን ያረጋግጣል።
የኦፕቲካል ማይክሮስኮፒ እና የአቶሚክ ኃይል ማይክሮስኮፒ (AFM) ምስሎች በኤምጂጂዎች (MGGs) ውስጥ የግራፊን ናኖስክሮሎች ስርጭትን በተመለከተ ግንዛቤ ይሰጣሉ (ምስል 1፣ E እስከ G፣ እና ምስል S1 እና S2)። ጥቅልሎቹ በዘፈቀደ ወለል ላይ ይሰራጫሉ፣ እና የፕላኔታቸው ጥግግት ከተደራረቡ ንብርብሮች ብዛት ጋር በተመጣጣኝ ሁኔታ ይጨምራል። ብዙ ጥቅልሎች በኖቶች ውስጥ የተጠላለፉ እና ከ10 እስከ 100 nm ባለው ክልል ውስጥ ያልተመጣጠነ ቁመት ያሳያሉ። ከ1 እስከ 20 μm ርዝመት እና ከ0.1 እስከ 1 μm ስፋት አላቸው፣ ይህም እንደ መጀመሪያዎቹ የግራፊን ፍሌኮች መጠኖች ይለያያል። በስእል 1 (H እና I) ላይ እንደሚታየው፣ ጥቅልሎቹ ከሽክርክሪቶች በእጅጉ የሚበልጡ መጠኖች ስላሏቸው በግራፊን ንብርብሮች መካከል በጣም ሻካራ በይነገጽ እንዲኖር ያደርጋል።
የኤሌክትሪክ ባህሪያትን ለመለካት፣ የግራፊን ፊልሞችን በፎቶሊቶግራፊ በመጠቀም ወይም ያለሱ በማሸብለል መዋቅሮች እና በንብርብሮች ላይ በ300 μm ስፋት እና 2000 μm ርዝመት ባላቸው ስሮች ላይ በማደራረብ ቀርፀናል። እንደ ውጥረት ተግባር ሁለት-ፕሮቤ ተቃውሞዎች በከባቢ አየር ሁኔታዎች ተለክተዋል። የጥቅልል መኖር ለሞኖላይየር ግራፊን የመቋቋም አቅምን በ80% ቀንሶ በማስተላለፍ 2.2% ቅናሽ ብቻ (ምስል S4)። ይህም እስከ 5 × 107 A/cm2 (38፣ 39) ድረስ ከፍተኛ የጅረት ጥግግት ያላቸው ናኖስክሮሎች ለኤምጂጂዎች በጣም አዎንታዊ የኤሌክትሪክ አስተዋጽኦ እንደሚያደርጉ ያረጋግጣል። ከሁሉም ሞኖ-፣ ቢ- እና ትራይላይየር ፕላይን ግራፊን እና ኤምጂጂዎች መካከል፣ ትራይላይየር MGG ወደ 90% የሚጠጋ ግልጽነት ያለው ምርጥ ኮንዳክሽን አለው። በሥነ-ጽሑፍ ውስጥ ከተዘገቡት ሌሎች የግራፊን ምንጮች ጋር ለማነፃፀር፣ አራት-ፕሮቤ ሉህ ተቃውሞዎችን (ምስል S5) ለክተናል እና በምስል 2A ውስጥ በ550 nm (ምስል S6) እንደ ማስተላለፊያ ተግባር ዘርዝረናቸዋል። ኤምጂጂ ከአርቲፊሻል ከተደራረቡ ባለብዙ ዬር ፕላይን ግራፊን እና ከተቀነሰው የግራፊን ኦክሳይድ (RGO) (6፣ 8፣ 18) ጋር ተመሳሳይ ወይም ከፍ ያለ የኮንክሪትቲቭነት እና ግልጽነት ያሳያል። ከሥነ-ጽሑፍ የተገኙ አርቲፊሻል የተደራረቡ ባለብዙ ንብርብሮች ፕላይን ግራፊን የሉህ ተቃውሞዎች ከኤምጂጂያችን ትንሽ ከፍ ያሉ መሆናቸውን ልብ ይበሉ፣ ምናልባትም ባልተመቻቹ የእድገት ሁኔታዎች እና የዝውውር ዘዴያቸው ምክንያት።
(ሀ) ለበርካታ የግራፊን ዓይነቶች በ550 nm ላይ ባለ አራት-ፕሮብ ሉህ መቋቋም እና ማስተላለፍ፣ ጥቁር ካሬዎች ሞኖ-፣ ቢ- እና ትሪያላይር MGGዎችን ያመለክታሉ፤ ቀይ ክቦች እና ሰማያዊ ትሪያንግሎች በቅደም ተከተል በሊ እና ሌሎች (6) እና ኪም እና ሌሎች (8) እና በመቀጠልም ወደ SiO2/Si ወይም ኳርትዝ ከተዛወሩት በCu እና Ni ላይ ከሚበቅሉ ባለብዙ ሽፋን ሜዳ ግራፊን ጋር ይዛመዳሉ፤ እና አረንጓዴ ትሪያንግሎች ከቦናኮርሶ እና ሌሎች (18) ጥናት በተለዩ የመቀነስ ዲግሪዎች ለRGO እሴቶች ናቸው። (ለ እና ሐ) የሞኖ-፣ ቢ- እና ትሪያላይር MGGዎች እና G መደበኛ የመቋቋም ለውጥ እንደ ቋሚ (B) እና ትይዩ (C) ውጥረት ወደ የአሁኑ ፍሰት አቅጣጫ። (መ) እስከ 50% ቀጥ ያለ ውጥረት በሚጫንበት ጊዜ ባለ ሁለትላይር G (ቀይ) እና MGG (ጥቁር) መደበኛ የመቋቋም ለውጥ። (ሠ) እስከ 90% ትይዩ ውጥረት በሚጫንበት ጊዜ ባለ ሶስትላይር G (ቀይ) እና MGG (ጥቁር) መደበኛ የመቋቋም ለውጥ። ( ረ) የሞኖ-፣ ባይ- እና ትራይላይየር ጂ እና ባይ- እና ትራይላይየር ኤምጂጂዎች መደበኛ የሆነ የካፒታንስ ለውጥ እንደ የውጥረት ተግባር። ኢንሴቱ የካፒታተሩ መዋቅር ሲሆን የፖሊመር ንጣፉ SEBS ሲሆን የፖሊመር ዳይኤሌክትሪክ ንብርብር ደግሞ 2-ማይክሮሜትር ውፍረት ያለው SEBS ነው።
የMGGን ውጥረት-ጥገኛ አፈፃፀም ለመገምገም፣ ግራፊንን ወደ ቴርሞፕላስቲክ ኤላስቶመር ስታይሪን-ኤቲሊን-ቡታዲኔ-ስትሪኔ (SEBS) ንጣፎች (~ 2 ሴ.ሜ ስፋት እና ~ 5 ሴ.ሜ ርዝመት) አስተላልፈናል፣ እና ንጣፉ ሲዘረጋ (ቁሳቁሶችን እና ዘዴዎችን ይመልከቱ) ቀጥ ያለ እና ከአሁኑ ፍሰት አቅጣጫ ጋር ትይዩ (ምስል 2፣ B እና C) ሲለካ ኮንዳክሽኑ ተለክቷል። ናኖስክሮልስን በማካተት እና የግራፊን ንብርብሮች ብዛት በመጨመር የውጥረት-ጥገኛ የኤሌክትሪክ ባህሪ ተሻሽሏል። ለምሳሌ፣ ውጥረቱ ከአሁኑ ፍሰት ጋር ቀጥ ያለ ሲሆን፣ ለሞኖላይየር ግራፊን፣ የጥቅልል መጨመር በኤሌክትሪክ መሰበር ወቅት ውጥረቱን ከ5 ወደ 70% ጨምሯል። የትሪላይየር ግራፊን የውጥረት መቻቻል ከሞኖላይየር ግራፊን ጋር ሲነጻጸር በእጅጉ ተሻሽሏል። በናኖስክሮልስ፣ በ100% ቀጥ ያለ ውጥረት፣ የትሪላይየር MGG መዋቅር መቋቋም በ50% ብቻ ጨምሯል፣ ጥቅልሎች ለሌሉት ባለ ሶስትላይየር ግራፊን 300% ጋር ሲነጻጸር። በዑደት ውጥረት ጭነት ስር የመቋቋም ለውጥ ተመርምሯል። ለማነፃፀር (ምስል 2D)፣ የመደበኛ ባይሌየር ግራፊን ፊልም የመቋቋም አቅም በ50% ቀጥ ያለ ውጥረት ~700 ዑደቶች ከተከሰተ በኋላ በ7.5 ጊዜ ያህል ጨምሯል እና በእያንዳንዱ ዑደት ውስጥ ካለው ውጥረት ጋር እየጨመረ ቀጥሏል። በሌላ በኩል፣ የሁለትይለር MGG የመቋቋም አቅም ከ~700 ዑደቶች በኋላ በ2.5 ጊዜ ብቻ ጨምሯል። እስከ 90% ውጥረትን በትይዩ አቅጣጫ ሲተገብር፣ የሶስትይለር ግራፊን የመቋቋም አቅም ከ1000 ዑደቶች በኋላ በ~100 ጊዜ ጨምሯል፣ ነገር ግን በሶስትይለር MGG ውስጥ በ~8 ጊዜ ብቻ ነው (ምስል 2E)። የብስክሌት ውጤቶች በምስል S7 ላይ ይታያሉ። በትይዩ ውጥረት አቅጣጫ በአንፃራዊነት ፈጣን የመቋቋም አቅም መጨመር የስንጥቆች አቅጣጫ ከአሁኑ ፍሰት አቅጣጫ ጋር ቀጥ ያለ ስለሆነ ነው። በመጫን እና በማራገፍ ውጥረት ወቅት የመቋቋም መዛባት የሚከሰተው የSEBS ኤላስቶመር ንጣፍ ቪስኮላስቲክ መልሶ ማግኛ ምክንያት ነው። በብስክሌት በሚንቀሳቀሱበት ጊዜ የኤምጂጂ ስትሪፖች የበለጠ የተረጋጋ የመቋቋም ችሎታ የሚከሰተው የተሰነጠቁትን የግራፊን ክፍሎች (በኤፍኤም እንደተመለከተው) የሚያገናኙ ትላልቅ ጥቅልሎች በመኖራቸው ሲሆን ይህም የሚወዛወዝ መንገድን ለመጠበቅ ይረዳል። ይህ በመተላለፊያ መንገድ ኮንዳክቲቭነትን የመጠበቅ ክስተት ቀደም ሲል በኤላስቶመር ንጣፎች ላይ ለተሰነጠቁ የብረት ወይም ሴሚኮንዳክተር ፊልሞች ሪፖርት ተደርጓል (40፣ 41)።
እነዚህን በግራፊን ላይ የተመሰረቱ ፊልሞችን በተዘረጉ መሳሪያዎች ውስጥ እንደ በር ኤሌክትሮዶች ለመገምገም፣ የግራፊን ንብርብርን በSEBS ዳይኤሌክትሪክ ንብርብር (2 μm ውፍረት) ሸፍነን የዲኤሌክትሪክ አቅም ለውጥን እንደ ውጥረት ተግባር ተቆጣጠርን (ምስል 2F እና ተጨማሪ ቁሳቁሶችን ይመልከቱ)። የግራፊን ውስጣዊ-ፕላን ኮንዳክሽን በመጥፋቱ ምክንያት በፕላን ሞኖላይየር እና ባይሌየር ግራፊን ኤሌክትሮዶች ያሉት ካፓሲታንስ በፍጥነት እንደቀነሰ አስተውለናል። በተቃራኒው፣ በMGGዎች የተዘጉ ካፓሲታንስ እንዲሁም በፕላን ትራይላይየር ግራፊን የተዘረጉ ካፓሲታንስ ከውጥረት ጋር የካፒታኒዝ መጨመር አሳይተዋል፣ ይህም ከውጥረት ጋር የዲኤሌክትሪክ ውፍረት በመቀነሱ ይጠበቃል። የሚጠበቀው የካፓሲታንስ ጭማሪ ከMGG መዋቅር ጋር በጣም በጥሩ ሁኔታ ይዛመዳል (ምስል S8)። ይህ የሚያመለክተው MGG ለተዘረጉ ትራንዚስተሮች እንደ በር ኤሌክትሮድ ተስማሚ መሆኑን ነው።
የ1D ግራፊን ጥቅልል ​​በኤሌክትሪክ ኮንዳክቲቭሽን የውጥረት መቻቻል ላይ ያለውን ሚና የበለጠ ለመመርመር እና በግራፊን ንብርብሮች መካከል ያለውን መለያየት በተሻለ ሁኔታ ለመቆጣጠር፣ የግራፊን ጥቅልሎችን ለመተካት የሚረጩ CNTዎችን ተጠቅመናል (ተጨማሪ ቁሳቁሶችን ይመልከቱ)። የMGG አወቃቀሮችን ለመምሰል፣ ሶስት የCNTs እፍጋትን አስቀምጠናል (ማለትም CNT1)።
(ከA እስከ C) የሦስት የተለያዩ የCNTs እፍጋት (CNT1) የAFM ምስሎች
ለተዘረጉ ኤሌክትሮኒክስ መሳሪያዎች እንደ ኤሌክትሮዶች ያላቸውን አቅም የበለጠ ለመረዳት፣ የMGG እና የG-CNT-G ሞርፎሎጂዎችን በስርዓት በጭንቀት ስር መርምረናል። የኦፕቲካል ማይክሮስኮፒ እና የስካኒንግ ኤሌክትሮን ማይክሮስኮፒ (SEM) ውጤታማ የባህሪይ ዘዴዎች አይደሉም ምክንያቱም ሁለቱም የቀለም ንፅፅር የላቸውም እና ግራፊን በፖሊመር ንጣፎች ላይ በሚሆንበት ጊዜ SEM በኤሌክትሮን ቅኝት ወቅት ለምስል ቅርሶች ተገዢ ነው (ምስል S9 እና S10)። በጭንቀት ስር ያለውን የግራፊን ወለል በቦታው ለመመልከት፣ በጣም ቀጭን (~0.1 ሚሜ ውፍረት) እና የመለጠጥ SEBS ንጣፎች ላይ ከተዛወሩ በኋላ በሶስት ንብርብር MGGዎች እና በቀላል ግራፊን ላይ የAFM መለኪያዎችን ሰብስበናል። በማስተላለፊያ ሂደቱ ወቅት በCVD ግራፊን እና በውጫዊ ጉዳት ላይ ባሉ ውስጣዊ ጉድለቶች ምክንያት፣ በተጣራ ግራፊን ላይ ስንጥቆች መፈጠራቸው የማይቀር ነው፣ እና እየጨመረ በመጣው ውጥረት፣ ስንጥቆቹ የበለጠ ጥቅጥቅ ያሉ ሆኑ (ምስል 4፣ A እስከ D)። በካርቦን ላይ የተመሰረቱ ኤሌክትሮዶች የመደራረብ መዋቅር ላይ በመመስረት፣ ስንጥቆቹ የተለያዩ ሞርፎሎጂዎችን ያሳያሉ (ምስል S11) (27)። የባለብዙ ሽፋን ግራፊን የስንጥቅ ስፋት ጥግግት (እንደ ስንጥቅ ስፋት/የተተነተነ ስፋት ይገለጻል) ከውጥረት በኋላ ካለው ሞኖላይየር ግራፊን ያነሰ ነው፣ ይህም ለኤምጂጂዎች የኤሌክትሪክ ኮንዳክቲቭነት መጨመር ጋር የሚጣጣም ነው። በሌላ በኩል፣ ስንጥቆቹን ለማያያዝ ብዙውን ጊዜ ጥቅልሎች ይታያሉ፣ ይህም በተጣራ ፊልም ውስጥ ተጨማሪ አስተላላፊ መንገዶችን ይሰጣል። ለምሳሌ፣ በምስል 4B ላይ እንደተሰየመው፣ ሰፊ ጥቅልል ​​በሦስት ንብርብር MGG ውስጥ ባለ ስንጥቅ ላይ ተሻግሯል፣ ነገር ግን በቀላል ግራፊን ውስጥ ምንም ጥቅልል ​​አልታየም (ምስል 4፣ E እስከ H)። በተመሳሳይ፣ CNTዎች በግራፊን ውስጥ ያሉትን ስንጥቆች ድልድይ አድርገውታል (ምስል S11)። የስንጥቅ ስፋት ጥግግት፣ የሽብለላ ስፋት ጥግግት እና የፊልሞቹ ሸካራነት በምስል 4K ውስጥ ተጠቃለዋል።
(ከA እስከ H) በቦታ AFM ውስጥ ያሉ ባለ ሶስት ሽፋን G/G ጥቅልሎች (ከA እስከ D) እና ባለ ሶስት ሽፋን G መዋቅሮች (ከE እስከ H) በጣም ቀጭን SEBS (~0.1 ሚሜ ውፍረት) ኤላስቶመር ላይ በ0፣ 20፣ 60 እና 100% ውጥረት ላይ። የሚወክሉ ስንጥቆች እና ጥቅልሎች በቀስቶች የተጠቆሙ ናቸው። ሁሉም የAFM ምስሎች በ15 μm × 15 μm አካባቢ ውስጥ ሲሆኑ፣ እንደተጠቀሰው ተመሳሳይ የቀለም ሚዛን አሞሌ ይጠቀማሉ። (I) በSEBS ንጣፍ ላይ የተስተካከሉ ሞኖላይር ግራፊን ኤሌክትሮዶች የማስመሰል ጂኦሜትሪ። (J) በሞኖላይር ግራፊን ውስጥ ከፍተኛውን ዋና ሎጋሪዝሚክ ውጥረት የማስመሰል ኮንቱር ካርታ እና በSEBS ንጣፍ በ20% ውጫዊ ውጥረት። (K) ለተለያዩ የግራፊን መዋቅሮች የስንጥቅ ስፋት ጥግግት (ቀይ አምድ)፣ የማሸብለል ስፋት ጥግግት (ቢጫ አምድ) እና የገጽታ ሻካራነት (ሰማያዊ አምድ) ንጽጽር።
የኤምጂጂ ፊልሞች ሲዘረጉ፣ ጥቅልሎቹ የተሰበሩ የግራፊን ክልሎችን ድልድይ ማድረግ የሚችሉበት ተጨማሪ አስፈላጊ ዘዴ አለ፣ ይህም የሚወዛወዝ አውታረ መረብን ይጠብቃል። የግራፊን ጥቅልሎች ተስፋ ሰጪ ናቸው ምክንያቱም በአስር ማይክሮሜትሮች ርዝመት ሊኖራቸው ስለሚችል እና በተለምዶ እስከ ማይክሮሜትር ሚዛን የሚደርሱ ስንጥቆችን ድልድይ ማድረግ ይችላሉ። ከዚህም በላይ፣ ጥቅልሎቹ ባለብዙ ግራፊን ንብርብሮች ስላሏቸው፣ ዝቅተኛ የመቋቋም አቅም እንደሚኖራቸው ይጠበቃል። በንፅፅር ሲታይ፣ በአንጻራዊ ሁኔታ ጥቅጥቅ ያሉ (ዝቅተኛ የማስተላለፍ) የCNT ኔትወርኮች ተመጣጣኝ የሆነ የመተላለፍ ችሎታ ለማቅረብ ይጠየቃሉ፣ ምክንያቱም CNTዎች ያነሱ (በተለምዶ ጥቂት ማይክሮሜትሮች ርዝመት) እና ከማሸብለያዎች ያነሰ አስተላላፊ ናቸው። በሌላ በኩል፣ በምስል S12 ላይ እንደሚታየው፣ ግራፊን ውጥረትን ለማስተናገድ በሚዘረጋበት ጊዜ ሲሰነጠቅ፣ ጥቅልሎቹ አይሰነጠቁም፣ ይህም የኋለኛው በታችኛው ግራፊን ላይ ሊንሸራተት እንደሚችል ያሳያል። የማይሰነጠቁበት ምክንያት ብዙ የግራፊን ንብርብሮችን (~1 እስከ 2 0 μm ርዝመት፣ ~0.1 እስከ 1 μm ስፋት እና ~10 እስከ 100 nm ከፍታ) ያቀፈው የተጠቀለለ መዋቅር ሊሆን ይችላል፣ ይህም ከነጠላ-ንብርብር ግራፊን የበለጠ ውጤታማ ሞዱለስ አለው። በግሪን እና ሄርሳም (42) እንደተዘገበው፣ የብረት CNT ኔትወርኮች (የቱቦ ዲያሜትር 1.0 nm) በCNTዎች መካከል ትልቅ የመጋጠሚያ መቋቋም ቢኖርም <100 ohms/sq ዝቅተኛ የሉህ መቋቋም ሊያገኙ ይችላሉ። የግራፊን ጥቅልሎቻችን ከ0.1 እስከ 1 μm ስፋት እንዳላቸው እና የG/G ጥቅልሎች ከCNTዎች በጣም ትልቅ የመገናኛ ቦታዎች እንዳላቸው ከግምት ውስጥ በማስገባት፣ የእውቂያ መቋቋም እና የግራፊን እና የግራፊን ጥቅልሎች መካከል ያለው የመገናኛ ቦታ ከፍተኛ የኮንስትራክሽን አቅምን ለመጠበቅ የሚገድቡ ምክንያቶች መሆን የለባቸውም።
ግራፊን ከSEBS ንጣፉ በጣም ከፍ ያለ ሞዱለስ አለው። የግራፊን ኤሌክትሮድ ውጤታማ ውፍረት ከንጣፉ በጣም ያነሰ ቢሆንም፣ የግራፊን ጥንካሬ ከውፍረቱ ጋር ሲነጻጸር ከንጣፉ ጋር ተመሳሳይ ነው (43፣ 44)፣ ይህም መካከለኛ ግትር የደሴት ውጤት አስገኝቷል። በSEBS ንጣፉ ላይ የ1-nm ውፍረት ያለው ግራፊን መበላሸት አስመስለናል (ለዝርዝሮች ተጨማሪ ቁሳቁሶችን ይመልከቱ)። እንደ የማስመሰል ውጤቶቹ ከሆነ፣ 20% ውፍረት በSEBS ንጣፉ ላይ ከውጭ ሲተገበር፣ በግራፊን ውስጥ ያለው አማካይ ውጥረት ~6.6% ነው (ምስል 4J እና ምስል S13D)፣ ይህም ከሙከራ ምልከታዎች ጋር የሚስማማ ነው (ምስል S13 ይመልከቱ)። በተቀረጹት ግራፊን እና ንጣፉ ክልሎች ውስጥ ያለውን ውጥረት በኦፕቲካል ማይክሮስኮፒ በመጠቀም አነጻጽረናል እና በንጣፉ ክልል ውስጥ ያለው ውጥረት በግራፍን ክልል ውስጥ ካለው ውጥረት ቢያንስ በእጥፍ እጥፍ መሆኑን አግኝተናል። ይህ የሚያሳየው በግራፍን ኤሌክትሮድ ቅጦች ላይ የሚተገበረው ውጥረት በከፍተኛ ሁኔታ ሊገደብ እንደሚችል እና በSEBS አናት ላይ የግራፊን ግትር ደሴቶችን እንደሚፈጥር ነው (26፣ 43፣ 44)።
ስለዚህ፣ የኤምጂጂ ኤሌክትሮዶች በከፍተኛ ውጥረት ስር ከፍተኛ የኮንክሪት ፍሰትን የመጠበቅ ችሎታ በሁለት ዋና ዋና ዘዴዎች ሊነቃ ይችላል፡ (i) ጥቅልሎቹ የተቆራረጡ ክልሎችን በማጣመር የኮንክሪት ፍሰት መንገድን ሊጠብቁ ይችላሉ፣ እና (ii) ባለብዙ ሽፋን ግራፊን ወረቀቶች/ኤላስቶመር እርስ በእርስ ሊንሸራተቱ ይችላሉ፣ ይህም በግራፊን ኤሌክትሮዶች ላይ ያለውን ጫና ይቀንሳል። በኤላስቶመር ላይ ለተዘዋወሩ በርካታ ግራፊን ንብርብሮች፣ ንብርብሮቹ እርስ በእርስ በጥብቅ የተሳሰሩ አይደሉም፣ ይህም ለጭንቀት ምላሽ ሊንሸራተቱ ይችላሉ (27)። ጥቅልሎቹ የግራፊን ንብርብሮችን ሸካራነትም ጨምረዋል፣ ይህም በግራፊን ንብርብሮች መካከል ያለውን መለያየት ለመጨመር እና የግራፊን ንብርብሮች እንዲንሸራተቱ ያስችላል።
ሁሉም-ካርቦን መሳሪያዎች በዝቅተኛ ዋጋ እና ከፍተኛ የውጤት መጠን ምክንያት በጉጉት ይከታተላሉ። በእኛ ሁኔታ፣ ሁሉም-ካርቦን ትራንዚስተሮች የተመረቱት የታችኛውን የግራፊን በር፣ የላይኛውን የግራፊን ምንጭ/የፍሳሽ ግንኙነት፣ የተደረደረ የCNT ሴሚኮንዳክተር እና SEBSን እንደ ዳይኤሌክትሪክ በመጠቀም ነው (ምስል 5A)። በምስል 5B ላይ እንደሚታየው፣ CNTዎች እንደ ምንጭ/ፍሳሽ እና በር (የታችኛው መሳሪያ) ያለው ሁሉን-ካርቦን መሳሪያ ከግራፊን ኤሌክትሮዶች (የላይኛው መሳሪያ) ካለው መሳሪያ የበለጠ ግልጽ ያልሆነ ነው። ይህ የሆነበት ምክንያት የCNT ኔትወርኮች ከግራፊን ጋር ተመሳሳይ የሆኑ የሉህ ተቃውሞዎችን ለማግኘት ትላልቅ ውፍረት እና በዚህም ምክንያት ዝቅተኛ የኦፕቲካል ማስተላለፊያዎች ስለሚፈልጉ ነው (ምስል S4)። ምስል 5 (C እና D) በሁለት ንብርብር MGG ኤሌክትሮዶች የተሰራ ትራንዚስተር ከመወጠር በፊት የሚወክሉ የዝውውር እና የውጤት ኩርባዎችን ያሳያል። ያልተስተካከለው ትራንዚስተር የቻናል ስፋት እና ርዝመት በቅደም ተከተል 800 እና 100 μm ነበሩ። የሚለካው የማብሪያ/ማጥፋት ጥምርታ በቅደም ተከተል በ10−5 እና 10−8 A ደረጃዎች ላይ ካለው የማብሪያ እና የማጥፋት ጅረቶች ጋር ከ103 ይበልጣል። የውጤት ኩርባው በግልጽ የበር-ቮልቴጅ ጥገኝነት ያላቸው ተስማሚ መስመራዊ እና የሳቹሬትድ ስርዓቶችን ያሳያል፣ ይህም በCNTs እና በgraphene electrodes መካከል ተስማሚ ግንኙነትን ያሳያል (45)። ከgraphene electrodes ጋር ያለው የግንኙነት መቋቋም ከተተነተነው Au ፊልም ጋር ካለው ያነሰ መሆኑን ታይቷል (ምስል S14 ይመልከቱ)። የተዘረጋው ትራንዚስተር ሙሌት ተንቀሳቃሽነት 5.6 ሴ.ሜ 2/Vs ያህል ነው፣ ይህም 300-nm SiO2 እንደ ዳይኤሌክትሪክ ንብርብር ባላቸው ጠንካራ Si substrates ላይ ካሉ ተመሳሳይ ፖሊመር-የተደረደሩ CNT ትራንዚስተሮች ጋር ተመሳሳይ ነው። በተመቻቸ የቱቦ ጥግግት እና በሌሎች የቱቦ ዓይነቶች (46) የመንቀሳቀስ ችሎታን የበለጠ ማሻሻል ይቻላል።
(ሀ) በግራፊን ላይ የተመሰረተ የሚዘረጋ ትራንዚስተር እቅድ። SWNTs፣ ባለ አንድ ግድግዳ የካርቦን ናኖቱቦች። (ለ) ከግራፊን ኤሌክትሮዶች (ከላይ) እና ከሲኤንቲ ኤሌክትሮዶች (ከታች) የተሰሩ የሚዘረጋ ትራንዚስተሮች ፎቶ። የግልጽነት ልዩነት በግልጽ የሚታይ ነው። (ሐ እና መ) ከውጥረት በፊት በSEBS ላይ የግራፊን ላይ የተመሰረተ ትራንዚስተር ማስተላለፍ እና የውጤት ኩርባዎች። (ሠ እና ኤፍ) በተለያዩ ዝርያዎች ላይ የግራፊን ላይ የተመሰረተ ትራንዚስተር ኩርባዎችን፣ የማብራት እና የማጥፋት የአሁኑን፣ የማብራት/የማጥፋት ጥምርታን እና ተንቀሳቃሽነትን ማስተላለፍ።
ግልጽ የሆነው፣ ሙሉ በሙሉ የካርቦን መሳሪያው ከቻርጅ ትራንስፖርት አቅጣጫ ጋር ትይዩ በሆነ አቅጣጫ ሲዘረጋ፣ እስከ 120% ውጥረት ድረስ ዝቅተኛ መበላሸት ታይቷል። በመለጠጥ ጊዜ፣ ተንቀሳቃሽነት ከ5.6 ሴ.ሜ 2/ቪ በ0% ውጥረት ወደ 2.5 ሴ.ሜ 2/ቪ በ120% ውጥረት ያለማቋረጥ ቀንሷል (ምስል 5F)። እንዲሁም ለተለያዩ የቻናል ርዝመቶች የትራንዚስተር አፈጻጸምን አነጻጽረናል (ሠንጠረዥ S1ን ይመልከቱ)። በተለይም፣ እስከ 105% በሚደርስ ውጥረት፣ እነዚህ ሁሉ ትራንዚስተሮች አሁንም ከፍተኛ የማብሪያ/ማጥፋት ጥምርታ ( >103) እና ተንቀሳቃሽነት ( >3 ሴ.ሜ 2/ቪዎች) አሳይተዋል። በተጨማሪም፣ በሁሉም-ካርቦን ትራንዚስተሮች ላይ የተደረጉትን የቅርብ ጊዜ ስራዎች በሙሉ ጠቅለል አድርገናል (ሠንጠረዥ S2ን ይመልከቱ) (47–52)። በኤላስቶመሮች ላይ የመሳሪያ ማምረቻን በማመቻቸት እና MGGዎችን እንደ እውቂያዎች በመጠቀም፣ ሙሉ በሙሉ የካርቦን ትራንዚስተሮቻችን በተንቀሳቃሽነት እና በሃይስቴሬሲስ ረገድ ጥሩ አፈፃፀም እንዲሁም በጣም ሊለጠጡ የሚችሉ መሆናቸውን ያሳያሉ።
ሙሉ በሙሉ ግልጽ እና ሊዘረጋ የሚችል ትራንዚስተርን እንደ አተገባበር፣ የኤልኢዲ መቀየሪያን ለመቆጣጠር ተጠቅመንበታል (ምስል 6A)። በምስል 6B ላይ እንደሚታየው፣ አረንጓዴው ኤልኢዲ ከላይ በቀጥታ በተቀመጠው ሊዘረጋ የሚችል ሙሉ-ካርቦን መሳሪያ በኩል በግልጽ ሊታይ ይችላል። እስከ ~100% (ምስል 6፣ C እና D) ሲዘረጋ፣ የኤልኢዲ የብርሃን ጥንካሬ አይለወጥም፣ ይህም ከላይ ከተገለጸው የትራንዚስተር አፈጻጸም ጋር የሚስማማ ነው (ፊልም S1 ይመልከቱ)። ይህ የግራፊን ኤሌክትሮዶችን በመጠቀም የተሰሩ የሚለጠጡ የቁጥጥር ክፍሎች የመጀመሪያ ሪፖርት ሲሆን፣ ለግራፊን የሚለጠፉ ኤሌክትሮኒክስ አዲስ እድልን ያሳያል።
(ሀ) የ LED ን ለማንቀሳቀስ የሚያስችል ትራንዚስተር ዑደት። GND፣ መሬት። (ለ) በ0% ግፊት ላይ የሚዘረጋው እና ግልጽ የሆነው ሙሉ-ካርቦን ትራንዚስተር ፎቶ ከአረንጓዴ LED በላይ። (ሐ) ኤልኢዲውን ለመቀየር የሚያገለግል ሙሉ-ካርቦን ግልጽ እና ሊዘረጋ የሚችል ትራንዚስተር በ0% (ግራ) እና ~100% ውጥረት (ቀኝ) ከኤልኢዲው በላይ እየተሰቀለ ነው። ነጭ ቀስቶች የርቀት ለውጥ እየተዘረጋ መሆኑን ለማሳየት በመሳሪያው ላይ እንደ ቢጫ ጠቋሚዎች ያመለክታሉ። (መ) ኤልኢዲው ወደ ኤላስቶመር ሲገፋ የተዘረጋው ትራንዚስተር የጎን እይታ።
ለማጠቃለል ያህል፣ በትላልቅ ዝርያዎች ስር እንደ ሊለጠጡ የሚችሉ ኤሌክትሮዶች ከፍተኛ ኮንዳክቲቭ የሚይዝ ግልጽ የሆነ ኮንዳክቲቭ ግራፊን መዋቅር አዘጋጅተናል፣ ይህም በተደራረቡ የግራፊን ንብርብሮች መካከል በግራፊን ናኖስክሮሎች የነቃ ነው። እነዚህ በኤላስቶመር ላይ ያሉ ባለ ሁለት እና ሶስት ንብርብር MGG ኤሌክትሮድ መዋቅሮች ለተለመዱት ሞኖላይየር ግራፊን ኤሌክትሮዶች በ5% ውጥረት ላይ ካለው የኮንዳክቲቭነት መጥፋት ጋር ሲነጻጸር እስከ 100% ድረስ ባለው ውጥረት ውስጥ ከ0% የውጥረት ኮንዳክቲቭነታቸው በቅደም ተከተል 21 እና 65% ሊይዙ ይችላሉ። የግራፊን ጥቅልሎች ተጨማሪ የኮንዳክቲቭ መንገዶች እንዲሁም በተዘዋወሩት ንብርብሮች መካከል ያለው ደካማ መስተጋብር በውጥረት ስር ላለው የላቀ የኮንዳክቲቭነት መረጋጋት አስተዋጽኦ ያደርጋሉ። በተጨማሪም ይህንን የግራፊን መዋቅር ሁሉንም-ካርቦን የሚለጠጡ ትራንዚስተሮችን ለመሥራት ተግባራዊ አድርገናል። እስካሁን ድረስ፣ ይህ ባክሊንግ ሳይጠቀም በጣም ጥሩ ግልጽነት ያለው በጣም ሊለጠጡ የሚችሉ ግራፊን-ተኮር ትራንዚስተር ነው። የአሁኑ ጥናት የተካሄደው ለተለጠጡ ኤሌክትሮኒክስ ግራፊን ለማስቻል ቢሆንም፣ ይህ አካሄድ ሊለጠጡ የሚችሉ 2D ኤሌክትሮኒክስን ለማስቻል ወደ ሌሎች 2D ቁሳቁሶች ሊዘረጋ እንደሚችል እናምናለን።
ሰፊ ቦታ ያለው የሲቪዲ ግራፊን በ1000°ሴ ላይ እንደ ቅድመ-ቅደም ተከተል በ50–SCCM (በደቂቃ መደበኛ ኩብ ሴንቲሜትር) CH4 እና 20–SCCM H2 0.5 mtorr የማያቋርጥ ግፊት ስር ተበቅሏል። የኩ ፎይል ሁለቱም ጎኖች በሞኖላይየር ግራፊን ተሸፍነዋል። ቀጭን የPMMA ንብርብር (2000 rpm፤ A4፣ ማይክሮኬም) በኩ ፎይል አንድ ጎን ላይ ስፒን-ተሸፍኖ የPMMA/G/Cu ፎይል/G መዋቅር ፈጠረ። በመቀጠልም፣ መላው ፊልም የኩ ፎይልን ለማስወገድ በ0.1 M አሞኒየም ፐርሰልፌት [(NH4)2S2O8] መፍትሄ ውስጥ ለ2 ሰዓታት ያህል ተዘፍቋል። በዚህ ሂደት፣ ያልተጠበቀው የኋላ ግራፊን መጀመሪያ የእህል ወሰኖቹን ቀደደ እና ከዚያም በገጽታ ውጥረት ምክንያት ወደ ጥቅልሎች ተጠቀለለ። ጥቅልሎቹ በPMMA በሚደገፈው የላይኛው ግራፊን ፊልም ላይ ተያይዘው የPMMA/G/G ጥቅልሎችን ፈጠሩ። ፊልሞቹ በመቀጠልም በተጣራ ውሃ ውስጥ ብዙ ጊዜ ታጥበው እንደ ጠንካራ SiO2/Si ወይም የፕላስቲክ ንጣፍ ባሉ ኢላማ ንጣፎች ላይ ተዘርግተዋል። የተያያዘው ፊልም በንጣፎች ላይ እንደደረቀ፣ ናሙናው PMMAን ለማስወገድ ለ30 ሰከንድ በአሴቶን፣ 1፡1 አሴቶን/አይፒኤ (ኢሶፕሮፒል አልኮሆል) እና IPA ውስጥ በተከታታይ ተነክሯል። ፊልሞቹ በ100°ሴ ለ15 ደቂቃ እንዲሞቁ ወይም ሌላ የG/G ጥቅልል ​​ንብርብር ወደ ላይ ከመተላለፉ በፊት የተዘጋውን ውሃ ሙሉ በሙሉ ለማስወገድ በአንድ ሌሊት በቫክዩም ውስጥ እንዲቆዩ ተደርገዋል። ይህ እርምጃ የግራፊን ፊልም ከንጣፎች እንዳይለይ እና የPMMA ተሸካሚ ንብርብር በሚለቀቅበት ጊዜ የMGGዎችን ሙሉ ሽፋን ማረጋገጥ ነበር።
የMGG መዋቅር ሞርፎሎጂ በኦፕቲካል ማይክሮስኮፕ (Leica) እና በስካኒንግ ኤሌክትሮን ማይክሮስኮፕ (1 kV፤ FEI) በመጠቀም ታይቷል። የአቶሚክ ኃይል ማይክሮስኮፕ (ናኖስኮፕ III፣ ዲጂታል ኢንስታግራም) የG ጥቅልሎችን ዝርዝር ሁኔታ ለመመልከት በታፕ ሁነታ ተከናውኗል። የፊልም ግልጽነት በአልትራቫዮሌት በሚታይ ስፔክትሮሜትር (Agilent Cary 6000i) ተፈትኗል። ውጥረቱ የአሁኑን ፍሰት ቀጥ ባለ አቅጣጫ ላይ በሚሆንበት ጊዜ ለሚደረጉ ምርመራዎች፣ የፎቶሊቶግራፊ እና የO2 ፕላዝማ የግራፊን መዋቅሮችን ወደ ቁርጥራጮች (~ 300 μm ስፋት እና ~ 2000 μm ርዝመት) ለመንደፍ ጥቅም ላይ ውለዋል፣ እና የAu (50 nm) ኤሌክትሮዶች በረጅም ጎን በሁለቱም ጫፎች ላይ የጥላ ጭምብሎችን በመጠቀም በሙቀት ተቀምጠዋል። ከዚያም የግራፊን ቁርጥራጮች ከSEBS ኤላስቶመር (~ 2 ሴ.ሜ ስፋት እና ~ 5 ሴ.ሜ ርዝመት) ጋር ንክኪ ተደረገባቸው፣ የረድፎቹ ረጅም ዘንግ ከSEBS አጭር ጎን ጋር ትይዩ ሲሆን በመቀጠልም BOE (buffered oxide etch) (HF:H2O 1:6) etching እና eutectic gallium indium (EGaIn) እንደ ኤሌክትሪክ ግንኙነቶች ይከተላሉ። ለትይዩ የውጥረት ሙከራዎች፣ ያልተስተካከሉ የግራፊን መዋቅር (~ 5 × 10 ሚሜ) ወደ SEBS ንጣፎች ተላልፈዋል፣ ረጅም ዘንጎች ከSEBS ንጣፎች ረጅም ጎን ጋር ትይዩ ናቸው። ለሁለቱም ጉዳዮች፣ መላው G (ያለ G ጥቅልሎች)/SEBS በኤላስቶመር ረጅም ጎን በእጅ መሳሪያ ውስጥ ተዘርግቷል፣ እና በቦታው፣ የመቋቋም ለውጦቻቸውን በሴሚኮንዳክተር አናሊዘር (Keithley 4200-SCS) በምርመራ ጣቢያ ላይ ባለው ጫና ስር ለክተናል።
በመለጠጥ ንጣፍ ላይ ያሉት በጣም የሚለጠጡ እና ግልጽ የሆኑ ሁሉን አቀፍ የካርቦን ትራንዚስተሮች በፖሊመር ዳይኤሌክትሪክ እና በንጣፉ ላይ ኦርጋኒክ መሟሟትን ለማስወገድ በሚከተሉት ሂደቶች ተሠርተዋል። የMGG መዋቅሮች ወደ SEBS እንደ በር ኤሌክትሮዶች ተላልፈዋል። ወጥ የሆነ ቀጭን ፊልም ፖሊመር ዳይኤሌክትሪክ ንብርብር (2 μm ውፍረት) ለማግኘት፣ የSEBS ቶሉይን (80 mg/ml) መፍትሄ በኦክታዴሲልትሪክሎሮሲላኔ (OTS) - የተሻሻለ SiO2/Si ንጣፍ ላይ ለ1 ደቂቃ በ1000 rpm ተሸፍኗል። ቀጭኑ ዳይኤሌክትሪክ ፊልም ከሃይድሮፎቢክ OTS ወለል ወደ በተዘጋጀው ግራፊን በተሸፈነው የSEBS ንጣፍ በቀላሉ ሊተላለፍ ይችላል። ካፒቴን እንደ LCR (ኢንዳክታንስ፣ ካፒታንስ፣ ተቃውሞ) ሜትር (Agilent) በመጠቀም እንደ ውጥረት ተግባር ለመወሰን ፈሳሽ-ብረት (EGaIn፤ Sigma-Aldrich) የላይኛው ኤሌክትሮድ በማስቀመጥ ሊሠራ ይችላል። የትራንስስተሩ ሌላኛው ክፍል ቀደም ሲል የተዘገቡትን ሂደቶች በመከተል ፖሊመር-የተደረደሩ ሴሚኮንዳክተር CNTዎችን ያቀፈ ነበር። የተቀረጹት የምንጭ/የፍሳሽ ኤሌክትሮዶች በጠንካራ SiO2/Si ንጣፎች ላይ ተሠርተዋል። በመቀጠልም፣ ሁለቱ ክፍሎች፣ ዳይኤሌክትሪክ/ጂ/SEBS እና CNTs/የተቀረጹ G/SiO2/Si፣ እርስ በእርሳቸው ተደራርበው ጠንካራውን SiO2/Si ንጣፎችን ለማስወገድ በBOE ውስጥ ተነክረዋል። ስለዚህ፣ ሙሉ በሙሉ ግልጽ እና ሊለጠጡ የሚችሉ ትራንዚስተሮች ተሠርተዋል። በውጥረት ስር ያለው የኤሌክትሪክ ሙከራ ከላይ እንደተጠቀሰው ዘዴ በእጅ በሚዘረጋ ማዋቀር ላይ ተካሂዷል።
ለዚህ ጽሑፍ ተጨማሪ ቁሳቁሶች በ http://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/3/9/e1700159/DC1 ላይ ይገኛሉ።
ምስል S1. በተለያዩ ማጉላት በSiO2/Si ንጣፎች ላይ የሞኖላይየር MGG የኦፕቲካል ማይክሮስኮፒ ምስሎች።
ምስል S4. የሁለት-ፕሮቤ ሉህ ተቃውሞዎች እና ማስተላለፊያዎች @550 nm የሞኖ-፣ የሁለት- እና የሶስት-ላይር ፕላይን ግራፌን (ጥቁር ካሬዎች)፣ MGG (ቀይ ክቦች) እና CNTs (ሰማያዊ ትሪያንግል) ንጽጽር።
ምስል S7. በቅደም ተከተል እስከ 40 እና 90% ትይዩ ውጥን የሚጭኑ ~1000 ዑደታዊ ውጥን የሚሸፍኑ ሞኖ- እና ባይሌየር ኤምጂጂዎች (ጥቁር) እና ጂ (ቀይ) መደበኛ የመቋቋም ለውጥ።
ምስል S10. በSEBS ኤላስቶመር ላይ ከውጥረት በኋላ የሶስት ሽፋን MGG የSEM ምስል፣ በበርካታ ስንጥቆች ላይ ረጅም የመሸብለያ መስቀል ያሳያል።
ምስል S12. በጣም ቀጭን በሆነ የSEBS ኤላስቶመር ላይ በ20% ውጥን ላይ የሶስትዮሽ MGG ምስል AFM፣ አንድ ጥቅልል ​​ስንጥቅ ላይ እንደተሻገረ ያሳያል።
ሠንጠረዥ S1. ከውጥረት በፊት እና በኋላ በተለያየ የቻናል ርዝመት ያላቸው የቢላይየር MGG-ነጠላ ግድግዳ ያላቸው የካርቦን ናኖቱብ ትራንዚስተሮች ተንቀሳቃሽነት።
ይህ በCreative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike ፈቃድ ውል መሠረት የሚሰራጭ ክፍት መዳረሻ ያለው ጽሑፍ ሲሆን ይህም የተገኘው ጥቅም ለንግድ ጥቅም ካልሆነ እና የመጀመሪያው ስራ በትክክል ከተጠቀሰ በስተቀር በማንኛውም ሚዲያ መጠቀም፣ ማሰራጨት እና ማባዛት የሚፈቅድ ነው።
ማሳሰቢያ፡ የኢሜል አድራሻዎን የምንጠይቀው ገጹን የሚመክሩት ሰው እርስዎ እንዲያዩት እንደሚፈልጉ እና የማይፈለግ ደብዳቤ እንዳልሆነ እንዲያውቅ ብቻ ነው። ምንም አይነት የኢሜይል አድራሻ አናስቀምጥም።
ይህ ጥያቄ እርስዎ የሰው ጎብኚ መሆንዎን ወይም አለመሆንዎን ለመፈተሽ እና በራስ-ሰር የአይፈለጌ መልእክት ማስገባትን ለመከላከል ነው።
በ Nan Liu፣ Alex Chortos፣ Ting Lei፣ Lihua Jin፣ Taeho Roy Kim፣ Won-Gyu Bae፣ Chenxin Zhu፣ Sihong Wang፣ Raphael Pfattner፣ Xiyuan Chen፣ Robert Sinclair፣ Zhenan Bao
በ Nan Liu፣ Alex Chortos፣ Ting Lei፣ Lihua Jin፣ Taeho Roy Kim፣ Won-Gyu Bae፣ Chenxin Zhu፣ Sihong Wang፣ Raphael Pfattner፣ Xiyuan Chen፣ Robert Sinclair፣ Zhenan Bao
© 2021 የአሜሪካ የሳይንስ እድገት ማህበር። ሁሉም መብቶች የተጠበቁ ናቸው። AAAS የHINARI፣ AGORA፣ OARE፣ CHORUS፣ CLOCKSS፣ CrossRef እና COUNTER አጋር ነው።የሳይንስ እድገቶች ISSN 2375-2548።