當(dāng)以原子精度合成時，納米多孔石墨烯(NPG)具有均勻的電子帶隙和合理設(shè)計(jì)的新興電子特性，有望用于場效應(yīng)晶體管（FETs）等電子器件。這里通過自下而上的方法，合成了人字形NPG (C-NPG)，它是由橫向連接的人字形GNRs定義的納米多孔有序陣列組成。基于C-NPG的場效應(yīng)晶體管（C-NPG FET）表現(xiàn)出出色的開關(guān)性能，開關(guān)比超過10⁴，這與C-NPG的結(jié)構(gòu)質(zhì)量密切相關(guān)。這些器件在空氣中作為p型晶體管工作，當(dāng)在真空下測量時，可以觀察到n型傳輸特性，這與氣體或水分的可逆吸附有關(guān)。通過電子結(jié)構(gòu)和傳輸計(jì)算，對C-NPG中的電荷傳輸進(jìn)行了理論分析，揭示了其強(qiáng)的電導(dǎo)率各向異性效應(yīng)。該研究為高性能石墨烯基電子器件的設(shè)計(jì)提供了重要的見解，其中實(shí)現(xiàn)了彈道電導(dǎo)和傳導(dǎo)各向異性，這可以用于邏輯應(yīng)用，以及化學(xué)或生物檢測中的超靈敏傳感器。

Figure 1. C-NPG的生長和結(jié)構(gòu)鑒定。a) 自下而上合成C-NPG的示意圖。（b-d）低倍和高倍下的掃描隧道顯微鏡（STM，HR-STM）圖像。e-f) 高質(zhì)量 (V = -1.8 V; I = 20 pA) 和 f) 低質(zhì)量(V = ?2 V; I = 20 pA)的兩種不同低覆蓋率單層 C-NPG 薄膜的 STM 圖像。g) 對應(yīng)于圖 (e) 和 (f) 中所示樣品的拉曼光譜。

Figure 2. 器件結(jié)構(gòu)、傳輸和電氣特性。a) 局部背柵 C-NPG FET 的器件結(jié)構(gòu)示意圖。b) C-NPG 薄膜的SEM)圖像。c) C-NPG 器件的 SEM 圖像。d) 在Au上和器件上 C-NPG的拉曼光譜。e) 室溫 I_d–V_g FET 器件的特性。f) 高質(zhì)量 C-NPG FET 在室溫下的 I_d-V_g 特性。

Figure 3. C-NPG電荷輸運(yùn)的理論分析。a）C-NPG的示意模型。b）C-NPG的電子波段的色散。c）與圖（b）相同波段的色散。d）在帶起始處計(jì)算的空間 LDOS。e）C-NPG的結(jié)構(gòu)。f）傳輸（頂部）和 DOS（底部）與能量的函數(shù)關(guān)系。

該研究工作由加利福尼亞大學(xué)Jeffrey Bokor課題組于2021年發(fā)表在Adv. Funct. Mater.期刊上。原文：Bottom-Up Synthesized Nanoporous Graphene Transistors。