III-V nanowire/graphene hybrid structures and devices

I det siste året har vi utviklet CVD vekst av grafén på Pt som et alternativ til Cu, gjort studier av nanotråd / grafén kontakter, samt gjort elektriske støystudier av GaAsSb nanotråd Schottky-dioder. Vi har undersøkt veksten av grafén på ulike typer Pt underlag ved hjelp av lavtrykks termisk CVD. Det ble funnet at høytemperatur-sputtering er avgjørende for vellykket vekst av ett lag grafén, som er knyttet til en høyt (111)-orientert krystallisert struktur og høy stabilitet av Pt filmen uten vesentlig dewetting under grafénvekst. Dette gjorde oss i stand til å vokse enkelt-lag grafén på Pt filmer ned til 25 nm tykkelse. I motsetning til dette viser e-beam Pt-filmer stor dewetting av Pt på grunn av sin svake adhesjon til SiO2 / Si substratet som resulterer i vekst av defekt grafén. Grafén vekst på polykrystallinsk Pt-folie resultater i enkelt-lag grafén dekorert med mikrostørrelse flerlags-grafén øyer, som ikke ble observert i grafén vekst på høytemperatur sputtrede Pt-filmer. Dette tyder på at C-segregation og utfellinger fra Pt kan minimeres og som dermed fører til vekst av homogent enkelt-lag grafén på de tynne Pt filmene. Raman og EBSD studier på grafén viser en forskyvning av Raman G og 2D båndene, korrelert med overflatefasett-orienteringer av Pt underlaget. Vi har også utviklet en prosess med enkle GaAs nanotråd / grafén hybrider med en plan konfigurasjon. En posisjons-kontrollert mikro-overføring og imprinting teknikk som gjør oss i stand til å velge og overføre enkelte nanotråder (eller grafén) selektivt på grafén (eller en enkelt nanotråd) med høy kvalitet ble utviklet. Både GaAs nanotråd / grafén bunn- og topp-kontakter har blitt gjort. Opto-elektriske målinger på de fabrikkerte enkelt GaAs nanotråd / grafén hybridene ble også studert. De elektriske egenskapene av en GaAsSb nanotråd Schottky-diode er blitt undersøkt ved hjelp av statisk og lavfrekvent støyanalyse. Resultatene viser at GaAsSb nanotråd Schottky-dioden har en god kvalitet og en lav grensesnitt defekttetthet, sammenlignet med andre nanotråd-baserte dioder. I tillegg, gjennom lavfrekvensmålingene, fant vi også at GaAsSb nanotråd Schottky-dioden har en NEP på sub-pW nivåer. Våre resultater kan tjene som en indikator på materialkvalitet, grensesnitt egenskaper og fotosensitivitet av GaAsSb-nanotråd baserte dioder.

Using epitaxial growth methods, novel three dimensional axial and/or radial heterostructured III-V nanowires (NWs) can be fabricated with a huge degree of freedom in band structure engineering through composition, crystal phase and strain control. This ma kes III-V semiconductor NWs one of the most promising materials for future nano-optoelectronic device applications. Graphene (GP), a newly discovered nanomaterial, on the other hand, has many superior characteristics that are believed to revolutionize fut ure nano-electronic systems. The topic in this project is to combine heterostructured III-V NWs, grown by metal-catalyzed molecular beam epitaxy, with GP into a new hybrid material structure. By combining such materials into a hybrid structure, one has t he potential to go beyond what is possible with any of them alone. In order to realize such hybrid systems, we will attempt to grow epitaxial III-V NWs directly on GP, and study the fundamental physical properties of III-V NW/GP contacts. Detailed studies of NW growth on GP, with various preparations of GP, will be made in order to get a fundamental insight to the general nucleation and growth mechanism needed to achieve epitaxial NWs on GP. The electro-optical properties of various types of GP/NW contact s will be investigated at the nano-scale using micro photoluminescence and scanning near field optical microscopy. The optical transparency of GP will enable us to visualize the electro-optics properties of single NW/GP contacts. The structural properties will be investigated by (cross-sectional) high resolution transmission electron microscopy and related techniques. Apart from the fundamental scientific interest, the results from this study will have a great interest from an application point of view, i n order to realize future III-V NW/GP hybrid device systems.