High-Performance and Ultralow-Noise Two-Dimensional Heterostructure Field-Effect Transistors with One-Dimensional Electrical Contacts
High-Performance and Ultralow-Noise Two-Dimensional Heterostructure Field-Effect Transistors with One-Dimensional Electrical Contacts
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具有一维电触点的高性能和超低噪声二维异质结构场效应晶体管
DOI：
10.1021/acsaelm.1c00595
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发表时间：
2021
影响因子：
4.7
通讯作者：
Belle, Branson D.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Behera, Aroop K.;Harris, Charles Thomas;Pete, Douglas V.;Delker, Collin J.;Vullum, Per Erik;Muniz, Marta B.;Koybasi, Ozhan;Taniguchi, Takashi;Watanabe, Kenji;Belle, Branson D.
具有与原子级薄沟道的一维电接触的二维异质结构场效应晶体管（2D-HFET）最近已经显示出很好的器件性能，例如降低的接触电阻，导致弹道传输和增强的载流子迁移率。虽然在具有表面接触的二氧化硅栅极绝缘体上支撑的裸石墨烯器件上存在许多低频噪声研究，但是在具有边缘接触的六方氮化硼（hBN）上包括外延石墨烯的异质结构器件中的这种研究极其有限。在这篇文章中，我们提出了一个系统的，温度依赖性的研究，在边缘接触的高迁移率HFET的电输运和低频噪声与hBN封装的单原子层石墨烯沟道，并证明超低噪声与Hooge参数为10-5。通过结合测量和建模的基础上所造成的电荷载流子和声子的微观散射机制，我们直接关联的高性能，温度依赖性的传输行为的这种设备的噪声特性。我们的研究提供了一种途径，用于工程低噪声石墨烯基高性能2D-FET，具有一维边缘接触，用于数字电子和化学/生物传感等应用。
Two-dimensional heterostructure field-effect transistors (2D-HFETs) with one-dimensional electrical contacts to atomically thin channels have recently shown great device performance, such as reduced contact resistance, leading to ballistic transport and enhanced carrier mobility. While a number of low-frequency noise studies exists on bare graphene devices supported on silicon dioxide gate insulators with surface contacts, such studies in heterostructure devices comprising epitaxial graphene on hexagonal boron nitride (hBN) with edge contacts are extremely limited. In this article, we present a systematic, temperature-dependent study of electrical transport and low-frequency noise in edge-contacted high-mobility HFET with a single atomic-layer graphene channel encapsulated by hBN and demonstrate ultralow noise with a Hooge parameter of ≈10–5. By combining measurements and modeling based on underlying microscopic scattering mechanisms caused by charge carriers and phonons, we directly correlate the high-performance, temperature-dependent transport behavior of this device with the noise characteristics. Our study provides a pathway towards engineering low-noise graphene-based high-performance 2D-FETs with one-dimensional edge contacts for applications such as digital electronics and chemical/biological sensing.
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