Graphene Heterostructures with Wide Bandgap Semiconductors

Il Grafene (Gr) è un materiale bidimensionale costituito da una membrana carboniosa di spessore atomico, caratterizzata da una peculiare combinazione di eccellenti proprietà elettriche, ottiche, termiche e meccaniche. La sua principale limitazione per applicazioni nell'ambito della microelettronica è legata all'assenza di un bandgap, che si ripercuote in uno scarso rapporto Ion/Ioff se utilizzato come canale di dispositivi di tipo MOSFET. Allo scopo di superare queste limitazioni, nuove concezioni di dispositivo basate su eterostrutture di Gr su semiconduttori sono state recentemente prese in considerazione. Il loro principio di funzionamento sfrutta alcune proprietà specifiche del Gr, fra cui lo spessore atomico e la possibilità di modulare la sua funzione lavoro per effetto di campo. Alcune dimostrazioni di questi dispositivi, recentemente riportate in letteratura, si basano su Gr integrato alla corrente tecnologia del silicio. La presente attività di tesi è stata indirizzata verso la fabbricazione e la caratterizzazione elettrica di eterostrutture di alta qualità, costituite da Gr su semiconduttori ad ampio bandgap (WBS), come il carburo di silicio (4H-SiC), il nitruro di gallio (GaN) e le relative leghe (AlxGa1-xN) ,peculiari per le loro proprietà superiori nell'ambito delle applicazioni in alta potenza e alta frequenza. Inizialmente, sono state affrontate le metodiche di fabbricazione e cioè: (i) il processo di grafitizzazione controllata della superficie di SiC, attraverso annealing termico ad alta temperatura, nel caso de 4H-SiC; (ii) un metodo di trasferimento altamente riproducibile per spostare Gr cresciuto tramite CVD su foglio di rame, verso la superficie dell'eterostruttura AlGaN/GaN; Una dettagliata caratterizzazione, strutturale, morfologica e spettroscopia delle suddette heterostrutture Gr/WBS è stata condotta attraverso l'applicazione di varie tecniche di analisi (AFM, TEM, spettroscopia micro-Raman). Successivamente, i meccanismi di trasporto di corrente attraverso tali eterostrutture sono stati dettagliatamente analizzati attraverso l'uso di dispositivi test appositamente fabbricati e attraverso tecniche di caratterizzazione elettrica su nanoscala (CAFM, SCM). É stato possibile osservare la corrispondenza fra le proprietà strutturali, morfologiche ed elettriche su nanoscala e il comportamento elettrico medio su larga scala. Sulla base di questi risultati sono state discusse alcune potenziali applicazioni in dispositivi (fra cui il diodo Schottky Gr/SiC con barriera modulata da un elettrodo di gate e un transistor ad elettroni caldi costituito da eterostrutture Gr/AlGaN/GaN) e sono stati stimati i relativi possibili vantaggi rispetto agli equivalenti dispositivi su silicio.

Grantor dc:publisher

Università degli studi di Catania

Year dc:date

2014

Author dc:creator

• FISICHELLA, GABRIELE

Contributors dc:contributor

• RACITI, Angelo
• MARLETTA, Luigi

• Graphene, wide bandgap semiconductor, SiC, AlGaN/GaN, AFM, Vertical Heterostructures, Schottky contact, ohmic contact

Statement dc:rights

• info:eu-repo/semantics/openAccess
• license:PUBBLICO - Pubblico con Copyright
• license uri:iris.PUB02

Language dc:language

eng

Handle dc:identifier

https://hdl.handle.net/20.500.11769/585776

OAI identifier oai:identifier

oai:www.iris.unict.it:20.500.11769/585776