Graphene is considered to be a promising candidate for future nanoelectronics due to its exceptional electronic properties. Unfortunately, the graphene field-effect transistors (FETs) cannot be turned off effectively due to the absence of a band gap, leading to an on/off current ratio typically around 5 in top-gated graphene FETs. On the other hand, theoretical investigations and optical measurements suggest that a band gap up to a few hundred millielectronvolts can be created by the perpendicular E-field in bilayer graphenes. Although previous carrier transport measurements in bilayer graphene transistors did indicate a gate-induced insulating state at temperatures below 1 K, the electrical (or transport) band gap was estimated to be a few millielectronvolts, and the room temperature on/off current ratio in bilayer graphene FETs remains similar to those in single-layer graphene FETs. Here, for the first time, we report an on/off current ratio of around 100 and 2000 at room temperature and 20 K, respectively, in our dual-gate bilayer graphene FETs. We also measured an electrical band gap of >130 and 80 meV at average electric displacements of 2.2 and 1.3 V.nm⁻¹, respectively. This demonstration reveals the great potential of bilayer graphene in applications such as digital electronics, pseudospintronics, terahertz technology, and infrared nanophotonics

چکیده

گرافن به خاطر خاصیت‌های الکتریکی خاصی که دارد به‌عنوان یک کاندید امیدوارکننده برای آینده نانو الکتریک محسوب می‌شود. متأسفانه ترانزیستورهای اثر میدان گرافنی (FETs) به دلیل فقدان گاف انرژی نمی‌توانند به‌طور مؤثر حالت خاموش داشته باشند که منجر به یک نسبت جریان روشن و خاموش معمول حدود 5 در ترانزیستورهای گیت بالای گرافنی FETs می‌شود. از طرف دیگر، تحقیقات تئوری و  اندازه‌گیری‌های اپتیکی یک گاف انرژی بیش از چند صد میلی الکترون‌ولت ایجادشده به‌وسیله تأثیر یک میدان عمود بر گرافن دولایه، ارائه می‌دهند و نیز اندازه‌گیری انتقال حامل‌های قبلی در ترانزیستورهای گرافن دولایه یک حالت عایق گیت القایی را در دمای پایین‌تر از 1 کلوین، نشان دادند، گاف انرژی الکتریکی (یا انتقالی) حدود چند میلی الکترون‌ولت برآورد شده بود، و در دمای اتاق نیز نسبت جریان حالت روشن و خاموش در FET های گرافن دولایه شبیه FET هایی با گرافن یک‌لایه باقی می‌ماند. در اینجا برای اولین بار ما در FET گرافنی دولایه‌مان  یک نسبت جریان روشن و خاموش حدود 100 و 2000 به ترتیب در دمای اتاق و در دمای 20 کلوین را گزارش دادیم. ما همچنین یک گاف انرژی الکتریکی بیش از 130 و 80 میلی الکترون‌ولت را به ترتیب در جابجایی الکتریکی متوسط 2.2 و 1.3 ولت بر نانومتر اندازه‌گیری کردیم. این نتایج پتانسیل خیلی خوب به‌کارگیری گرافن دولایه را در پروژه‌هایی مثل دیجیتال الکترونیک، شبه اسپینترونیک، فنّاوری‌های تراهرتز (فرکانس بالا) و نانو فوتونیک مادون‌قرمز، به نمایش می‌گذارد.

1-مقدمه

اخیراً گرافن به خاطر خاصیت‌های الکتریکی منحصربه‌فردش توجه خیلی زیادی را جلب کرد. ازآنجاکه درنهایت گرافن درهای جدیدی به روی ما درزمینهٔ دیجیتال الکترونیک (digital electronics)، انتقال اطلاعات به‌وسیله ایجاد تغییر در اسپین (pseudospintronics)، فنّاوری‌های فرکانس بالا (terahertz technology) و نانوفوتونیک مادون‌قرمز (infrared nanophotonics) باز می‌کند، ساختن یک گاف انرژی در گرافن احتمالاً یکی از مهم‌ترین و وسوسه‌انگیزترین موضوعات تحقیقی در حوزه گرافن باقی گذاشته است...