Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2013.02a
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pp.612-612
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2013
The band-gap opening in graphene is a key factor in developing graphene-based field effect transistors. Although graphene is a gapless semimetal, a band-gap opens when graphene is formed into a graphene nanoribbon (GNR). Moreover, the band-gap energy can be manipulated by the width of the GNR. In this study, we propose a site-specific synthesis of a width-tailored GNR directly onto an insulating substrate. Predeposition of a diamond-like carbon nanotemplate onto a SiO2/Si wafer via focused ion beam-assisted chemical vapor deposition is first utilized for growth of the GNR. These results may present a feasible route for growing a width-tailored GNR onto a specific region of an insulating substrate.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2009.11a
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pp.33-33
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2009
Silicon nano-structures have great potential in bionic sensor applications. Atomic force microscopy (AFM) anodic oxidation have many advantages for the nanostructure fabrication, such as simple process in atmosphere at room temperature, compatibility with conventional Si process. In this work, we fabricated simple FET structures with channel width W~ 10nm (nanowire) and $1{\mu}m$ (nano-ribbon) on ~10, 20 and 100nm-thinned silicon-on-insulator (SOI) wafers in order to investigate the surface effect on the transport characteristics of nano-channel. For further quantitative analysis, we carried out the 2D numerical simulations to investigate the effect of channel surface states on the carrier distribution behavior inside the channel. The simulated 2D cross-sectional structures of fabricated devices had channel heights of H ~ 10, 20, and 100nm, widths of L ~ $1{\mu}m$ and 10nm respectively, where we simultaneously varied the channel surface charge density from $1{\times}10^{-9}$ to $1{\times}10^{-7}C/cm2$. It has been shown that the side-wall charge of nanowire channel mainly affect the I-V characteristics and this was confirmed by the 2D numerical simulations.
We investigated the width (N) dependence on the magnetization of N-ZSiC NR with electron and hole doping on the basis of systematic DFT calculations. The critical values of the upper and down critical concentration to give the maximum and zero magnetic moment at edge Si/C atoms by electron/hole doping ($x_{up,e}$, $x_{down,e}$, $x_{up,h}$, and $x_{down,h}$) depend on the width of N-ZSiC NR. Moreover, due to $x_{up,e}\;{\neq}\;x_{up,h}$ and $x_{down,e}\;{\neq}\;x_{down,h}$, the electron and hole doping effect are asymmetry, i.e, the critical electron doping value ($x_{down,e}$) is smaller than the critical hole doping value ($x_{down,h}$) and is almost independent of the width of NZSiC NR though the other critical values of the electron and hole doping that influence the magnetization of N-ZSiC NR depend on the width. It was also found that at $x_{down,e}$ or $x_{down,h}$ doping, the N-ZSiC NR turns into unusual non-magnetic metallic state. The magnetic behavior was discussed based on the band structures and projected density of states (PDOS) under the effect of electron/hole doping.
Cadmium telluride(CdTe) nanowires were successfully synthesized from individual nanoparticles via self-assembly and the evolutionary process was investigated. The oxidation of tellurium ions on CdTe nanoparticles resulted in the organization of individual nanoparticle into twisted-nanoribbons. The nanoparticles self-assembled to twisted ribbons under light while nanoparticles under dark transformed to straight nanowires made of several layers of individual nanoparticles. The images of nanoribbons were analysed based on transmission electron microscopy and scanning electron microscopy. The photoluminescence was blue-shifted from 555 to 545nm.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2012.02a
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pp.204-204
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2012
Peierls instability and spin ordering of zigzag graphene nanoribbons (GNR) created on a fully hydrogenated graphene (graphane) are investigated as a function of their width using first-principles density-functional calculations within the generalized-gradient approximation. For the width containing a single zigzag C chain (N=1), we find the presence of a Peierls instability with a bond alternated structure. However, for width greater than N=1, the Peierls distortion is weakened or disappears because of the incommensurate feature of Fermi surface nesting due to the interaction of C chains. Instead, there exists the antiferromagnetic (AFM) spin ordering in which the edge states are ferromagnetically ordered but the two ferromagnetic (FM) edges are antiferromagnetically coupled with each other, showing that electron-lattice coupling and spin ordering in GNR are delicately competing at an extremely thin width of N=2. It is found that, as the width of GNR increases, the energy gain arising from spin ordering is enhanced, but the energy difference between the AFM and FM (where two edge states are ferromagnetically coupled with each other) orderings decreases.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2012.02a
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pp.198-198
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2012
Graphene has been the subject of intense study in recent years owing to its good optoelectronic properties, possibility for stretchable electronics, and so on. Especially, many research groups have studied about graphene nanostructures with various sizes and shapes. Graphene needs to be fabricated into useful devices with controllable electrical properties for its successful device applications. However, this been far from satisfaction owing to a lack of reliable pattern transfer techniques. Photolithography, nanowire etching, and electron beam lithography methods are commonly used for construction of graphene patterns, but those techniques have limitations for getting controllable GNRs. We have developed a novel nanoscale pattern transfer technique based on an electro-hydrodynamic lithography providing highly scalable versatile pattern transfer technique viable for industrial applications. This technique was exploited to fabricate nanoscale patterned graphene structures in a predetermined shape on a substrate. FE-SEM, AFM, and Raman microscopy were used to characterize the patterned graphene structures. This technique may present a very reliable high resolution pattern transfer technique suitable for graphene device applications and can be extended to other inorganic materials.
First-principles investigations on the hybrid one dementional hexagonal hybrboron-nitride nano ribbons (BNNRs) with a armchair graphene nano-ribbons(AGRNRs), are presented. Electronics properties of the mixed armchair BNC nano-ribbon (BNCNRs) structure show control of a band gap on all cases at the special K-point. And we have studied, the band gap is direct in all cases. The band gap of mixed ABNCNRs could be divided into three groups (${\Delta}3p$, ${\Delta}3p+1$ and ${\Delta}3p+2$) and decrease with the increase of the width. Also these results show similar to the AGNRs case. Different from the band gap value ordering of AGNRs (${\Delta}3p+1$ > ${\Delta}3p$ > ${\Delta}3p+2$), the ordering of ABNCNRs is ${\Delta}3p$ > ${\Delta}3p+1$ > ${\Delta}3p+2$. The discrepancy may come from the differences between the edges of AGRNRs and the boundaries of hybrid BNCNRs. In addition, the bandgap of ABNCNRs are much smaller than those of the corresponding AGNRs. Our results show that the origin of band gap for BNCNRs with armchair shaped edges arises from both quantum confinement effect of the edges. These results similar to thecase of AGNRs. These properties of hybrid BN/C nano-ribbon structure may offer suitable bandgap to develop nnanoscale electronics and solar cell beyond individual GNRs and BNNRs.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2012.08a
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pp.391-392
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2012
Graphene is a perfectly two-dimensional (2D) atomic crystal which consists of sp2 bonded carbon atoms like a honeycomb lattice. With its unique structure, graphene provides outstanding electrical, mechanical, and optical properties, thus enabling wide variety of applications including a strong potential to extend the technology beyond the conventional Si based electronic materials. Currently, the widespread application for electrostatically switchable devices is limited by its characteristic of zero-energy gap and complex process in its synthesis. Several groups have investigated nanoribbon, strained, or nanomeshed graphenes to induce a band gap. Among various techniques to synthesize graphene, chemical vapor deposition (CVD) is suited to make relatively large scale growth of graphene layers. Direct growth of graphene on hexagonal boron nitride (h-BN) using CVD has gained much attention as the atomically smooth surface, relatively small lattice mismatch (~1.7%) of h-BN provides good quality graphene with high mobility. In addition, induced band gap of graphene on h-BN has been demonstrated to a meaningful value about ~0.5 eV.[1] In this paper, we report the synthesis of grpahene / h-BN bilayer in a chemical vapor deposition (CVD) process by controlling the gas flux ratio and deposition rate with temperature. The h-BN (99.99%) substrate, pure Ar as carrier gas, and $CH_4$ are used to grow graphene. The number of graphene layer grown on the h-BN tends to be proportional to growth time and $CH_4$ gas flow rate. Epitaxially grown graphene on h-BN are characterized by scanning electron microscopy, atomic force microscopy, and Raman spectroscopy.
JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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v.14
no.5
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pp.615-624
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2014
In this paper, we explore the electrical properties and high-frequency performance of carbon nanotube field-effect transistors (CNTFETs), based on the non-equilibrium Green's functions (NEGF) solved self - consistently with Poisson's equations. The calculated results show that CNTFETs exhibit superior performance compared with graphene nanoribbon field-effect transistors (GNRFETs), such as better control ability of the gate on the channel, higher drive current with lower subthreshold leakage current, and lower subthreshold-swing (SS). Due to larger band-structure-limited velocity in CNTFETs, ballistic CNTFETs present better high-frequency performance limit than that of Si MOSFETs. The parameter effects of CNTFETs are also investigated. In addition, to enhance the immunity against short - channel effects (SCE), hetero - material - gate CNTFETs (HMG-CNTFETs) have been proposed, and we present a detailed numerical simulation to analyze the performances of scaling down, and conclude that HMG-CNTFETs can meet the ITRS'10 requirements better than CNTs.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2014.02a
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pp.185.2-185.2
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2014
We have studied the atomic and electronic structure of graphene nanoribbons (GNRs) on a hexagonal boron nitride (h-BN) sheet with intercalated atoms using first-principles calculations. The h-BN sheet is an insulator with the band gap about 6 eV and then it may a good candidate as a supporting dielectric substrate for graphene-based nanodevices. Especially, the h-BN sheet has the similar bond structure as graphene with a slightly longer lattice constant. For the computation, we use the Vienna ab initio simulation package (VASP). The generalized gradient approximation (GGA) in the form of the PBE-type parameterization is employed. The ions are described via the projector augmented wave potentials, and the cutoff energy for the plane-wave basis is set to 400 eV. To include weak van der Waals (vdW) interactions, we adopt the Grimme's DFT-D2 vdW correction based on a semi-empirical GGA-type theory. Our calculations reveal that the localized states appear at the zigzag edge of the GNR on the h-BN sheet due to the flat band of the zigzag edge at the Fermi level and the localized states rapidly decay into the bulk. The open-edged graphene with a large corrugation allows some space between graphene and h-BN sheet. Therefore, atoms or molecules can be intercalated between them. We have considered various types of atoms for intercalation. The atoms are initially placed at the edge of the GNR or inserted in between GNR and h-BN sheet to find the effect of intercalated atoms on the atomic and electronic structure of graphene. We find that the impurity atoms at the edge of GNR are more stable than in between GNR and h-BN sheet for all cases considered. The nickel atom has the lowest energy difference of ~0.2 eV, which means that it is relatively easy to intercalate the Ni atom in this structure. Finally, the magnetic properties of intercalated atoms between GNR and h-BN sheet are investigated.
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