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扶手椅型石墨烯纳米带中的愈合缺陷以增强电荷传输

Healing Defects in Armchair Graphene Nanoribbons for Enhanced Charge Transport.

作者信息

Lindenthal Sebastian, Sebastian Finn L, Herrmann Niklas J, Zorn Nicolas F, Zaumseil Jana

机构信息

Institute for Physical Chemistry, Heidelberg University, 69120 Heidelberg, Germany.

出版信息

ACS Appl Nano Mater. 2025 Jun 6;8(24):12676-12684. doi: 10.1021/acsanm.5c01848. eCollection 2025 Jun 20.

Abstract

Graphene nanoribbons (GNRs) are promising carbon-based nanomaterials for next-generation nanoelectronic devices. However, their synthesis (in-solution or on-surface) is not perfect and the impact of defects in the sp carbon lattice of GNRs on their charge transport properties is not yet fully understood. Here, we investigate the influence of lattice defects on the macroscopic charge transport in thin films of solution-synthesized 9-armchair GNRs (9-aGNRs) with intrinsic edge defects. The density of these edge defects could be reduced by thermal annealing at 260-300 °C in inert atmosphere, which is proposed to induce postsynthetic cyclization. The decreasing number of defects with annealing time and temperature was corroborated by absorption spectroscopy and a decreasing D/G Raman mode ratio while the film morphologies remained unaltered. Annealed 9-aGNR films showed ambipolar charge transport characteristics in electrolyte-gated transistors with significantly higher on-currents, transconductances and on/off-ratios for both hole and electron transport compared to films that were annealed below the temperature required for defect healing. Consequently, defect healing by annealing in inert atmosphere should be a key step in GNR device processing to achieve optimal charge transport.

摘要

石墨烯纳米带(GNRs)是用于下一代纳米电子器件的很有前景的碳基纳米材料。然而,它们的合成(溶液中或表面上)并不完美,并且GNRs的sp碳晶格中的缺陷对其电荷传输特性的影响尚未完全了解。在这里,我们研究了晶格缺陷对具有固有边缘缺陷的溶液合成9-扶手椅型GNRs(9-aGNRs)薄膜中宏观电荷传输的影响。这些边缘缺陷的密度可以通过在惰性气氛中260-300°C的热退火来降低,这被认为会诱导合成后环化。吸收光谱和D/G拉曼模式比的降低证实了随着退火时间和温度缺陷数量的减少,而薄膜形态保持不变。与在缺陷愈合所需温度以下退火的薄膜相比,退火后的9-aGNR薄膜在电解质门控晶体管中表现出双极性电荷传输特性,空穴和电子传输的导通电流、跨导和开/关比都显著更高。因此,在惰性气氛中通过退火进行缺陷愈合应该是GNR器件加工中实现最佳电荷传输的关键步骤。

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