研究目的
研究用于电可编程量子电阻标准潜在应用的自顶栅极外延石墨烯p-n结的制备与测量。
研究成果
该研究表明，外延石墨烯p-n结能展现出精确的电阻量子化效应，其相对不确定度约为10^-7量级，因此适合作为量子电阻标准使用。这项工作为可扩展、可编程电阻标准的制备开辟了新途径。
研究不足
该研究受限于实现精确量化所需的条件，包括特定的磁场强度、栅极电压和温度。制造过程也需要精确控制，以确保石墨烯和h-BN层的质量。
1：实验设计与方法选择：
本研究采用剥离的六方氮化硼（h-BN）作为栅极介质，制备顶栅外延石墨烯p-n结。研究方法包括探索参数空间（磁场、栅极电压、温度），以理解实现精确电阻量子化的条件。
2：样品选择与数据来源：
外延石墨烯生长于碳化硅（SiC）芯片上。通过共聚焦激光扫描和光学显微镜评估样品，筛选大面积成功生长的区域。
3：实验设备与材料清单：
设备包括用于退火处理的石墨衬里电阻炉、原子力显微镜（AFM）成像，以及直流比较仪（DCC）电阻电桥进行测量。材料包含SiC芯片、氢氟酸、去离子水和h-BN薄片。
4：实验流程与操作步骤：
流程包括样品生长、霍尔棒结构与接触垫制备、h-BN薄片转移至石墨烯器件，以及电子束光刻实现金属沉积。在不同条件下测量纵向电阻和霍尔电阻。
5：数据分析方法：
数据分析涉及将电阻测量值转换为载流子浓度和迁移率，并通过模型拟合实验数据，理解p-n结在不同条件下的行为。
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SiC chips
4H-SiC(0001)
CREE
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Resistive-element furnace
Materials Research Furnaces Inc.
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