Transporte elétrico em nanoestruturas de grafeno: influência da funcionalização, da geometria e da dopagem do substrato

• Main Author: Juliana Caldeira Brant
• Other Authors: Flavio Orlando Plentz Filho
• Format: Others
• Language: Portuguese
• Published: Universidade Federal de Minas Gerais 2011
• Online Access: http://hdl.handle.net/1843/BUOS-8NAJCA

=== In this work we fabricated and investigated electrical transport properties in nanoribbons, quantum dots and Hall bars fabricated from graphene. We studied the effect of doping the edges of graphene nanostructures, such as nanoribbons and quantum dots, by functionalizing these regions using specific molecules. The effect of doping is measured by the variation of the gate voltage associated with the charge neutrality point of the graphene nanostructure before and after doping. To this end we fabricated dozens of graphene nanoribbons with different widths and lengths and measured their electrical conductivity as a function of applied gate voltage. We also studied the transport mechanisms in graphene nanoribbons fabricated by electron beam lithography. These nanoribbons have disordered edges and, at low temperature, they present a region of strongly suppressed conductance in their G(Vg) curves that may be associated with a transport gap. In the gap region the transport in the nanoribbons is due to hopping trough localized states. This type of transport is thermally activated and is characterized by variable range hopping at low temperatures and by simply activated hopping trough first neighbors at higher temperature. We fabricated and analyzed the electrical transport in graphene devices made on top of lightly doped silicon substrates. The electrical resistance as a function of gate voltage, measured at low temperature (77K), presents a huge variation from what one expects for a device fabricated on a highly doped silicon substrate. We show that this variation may be explained by the charge distribution in the substrate. Depending on the applied gate voltage and on the illumination of the device, the charges in the substrate go through accumulation, depletion and inversion regimes, and this strongly affects the variation of the graphene resistance with gate voltage. We observe that avalanche breakdown may also occur in the silicon substrate in these devices and may be identified by changes in the resistance of graphene. We demonstrate that an optical switch may be fabricated with graphene, which works by controlling the resistance variations caused by illumination and by applied gate voltage. === Neste trabalho, nós fabricamos e investigamos as propriedades de transporte elétrico de dispositivos de nanofitas, pontos quânticos e fitas de grafeno. Estudamos o efeito de se dopar as bordas de nanoestruturas de grafeno, como nanofitas e pontos quânticos, por meio da funcionalização dessas regiões com moléculas específicas. O efeito da dopagem é medido pela variação na tensão de gate correspondente ao ponto de neutralidade de carga da nanoestrutura de grafeno antes e depois da dopagem. Para isso fabricamos dezenas de nanofitas de grafeno com diferentes larguras e comprimentos e medimos a condutividade elétrica em função da tensão de gate aplicada. Estudamos os mecanismos de transporte em nanofitas de grafeno produzidas por litografia de feixe de elétrons. Essas nanofitas têm bordas desordenadas e, em baixa temperatura, apresentam uma região de condutância bastante suprimida em suas curvas G(Vg), que pode ser associada a um gap de transporte. Na região do gap o transporte nas nanofitas se dá através de hopping por estados localizados. Este transporte é termicamente ativado e se caracteriza por hopping de alcance variável em baixa temperatura e hopping simples entre primeiro vizinhos em temperaturas mais elevadas. Fabricamos e analisamos o transporte elétrico em dispositivos de grafeno fabricados sobre substratos de silício pouco dopado. A resistência elétrica em função da tensão de gate, medidas em baixa temperatura (77K), apresenta grande variação em relação ao que se espera de dispositivos fabricados em substratos altamente dopados. Mostramos que essas variações podem ser explicadas pela distribuição de cargas no substrato. De acordo com a voltagem aplicada ao gate e com as condições de iluminação do dispositivo, as cargas do substrato passam pelos regimes de acumulação, depleção ou inversão e isso afeta enormemente a variação da resistência elétrica do grafeno com a tensão de gate. Observamos que o processo de ruptura por avalanche no substrato de silício também pode ocorrer nesses dispositivos e é identificado pelas mudanças produzidas na resistência do grafeno Demonstramos que uma chave ótica pode ser fabricada com grafeno por meio do controle das variações de resistência causadas pela iluminação e pela tensão aplicada ao gate.