研究目的
系统地研究不同类型少层石墨烯在空气和真空条件下形成纳米级间隔间隙的电烧蚀过程，并比较基于石墨烯类型和环境条件的产率及效果。
研究成果
形成石墨烯纳米间隙的电烧蚀过程在很大程度上取决于石墨烯类型和环境条件。真空环境能提高剥离石墨烯的产率和间隙尺寸控制效果，但对SiC衬底上的外延石墨烯无效。涡轮层状圆盘需要预图案化才能成功进行电子束加工。氧气压力、石墨烯堆叠方式、边缘形貌及基底相互作用是关键因素。这些发现推进了分子电子学和自旋电子学中可靠石墨烯电极的发展，未来工作可着眼于调节环境参数。
研究不足
该研究仅限于特定类型的石墨烯和基底；结果可能不适用于其他形式。电子束工艺需要精确控制，可能难以实现大规模生产?；肪程跫掌胝婵眨┫允境霾煌男Ч?，表明其对氧气压力和石墨烯形貌敏感。厚或大的石墨烯片由于电阻低而抵抗电子束处理。需进一步优化氧气压力和石墨烯边缘形貌。
1：实验设计与方法选择：
本研究比较了空气和真空条件下三种少层石墨烯（机械剥离、SiC外延生长和湍流盘状）的电烧蚀（EB）过程。EB过程采用基于金纳米线电迁移方法的电压斜坡施加技术，通过快速反馈在间隙形成后截断电流。
2：样本选择与数据来源：
样本包括SiO2基底上的机械剥离石墨烯薄片（1-20层）、C面SiC外延石墨烯（约10层）以及SiO2沉积的湍流石墨烯盘。通过光学显微镜和拉曼光谱筛选厚度与质量。
3：实验设备与材料清单：
设备含电子束光刻（EBL）系统、热蒸发器、氧等离子体刻蚀机（如Diener Femto等离子系统）、SEM成像仪、AdWin-Pro系统进行I-V测量、FEMTO前置放大器、Keithley电压源及飞安计。材料包括300nm氧化层的p型硅晶圆、天然石墨、SiC晶圆、接触电极用Cr/Au、光刻用PMMA及丙酮/异丙醇等化学品。
4：实验流程与操作步骤：
对于剥离和外延石墨烯，采用EBL、金属蒸镀和剥离工艺制备器件。EB过程以20mV/s电压斜坡施加直至电阻超过200,000Ω后快速归零电压，在空气或真空（<10^-4 mbar）环境下进行。EB后进行低偏压I-V测量。湍流盘则在环境条件下预先通过EBL和氧等离子体刻蚀形成收缩结构后再实施EB。
5：数据分析方法：
采用Simmons模型拟合I-V曲线以估算间隙尺寸、结区面积和势垒高度。统计分析成隙成功率（成功形成间隙的百分比），并对比断裂点的电流与电压值。
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electron beam lithography system
Used for patterning graphene devices and defining constrictions.
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oxygen plasma etcher
Diener Femto
Diener
Used for etching graphene patterns via oxygen plasma.
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SEM
Used for imaging the graphene devices and gaps after electroburning.
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AdWin-Pro system
AdWin-Pro
AdWin
Used for I-V measurements with 16-bit output and input.
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FEMTO pre-amplifier
FEMTO
Amplifier used in conjunction with AdWin-Pro for current measurements.
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Keithley voltage source
Keithley
Used for applying voltage and measuring current in two-probe configuration.
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femtoamperometer
Keithley
Used for measuring very low currents, part of the Keithley system.
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thermal evaporator
Used for depositing metal contacts (e.g., Cr/Au) on graphene.
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high-temperature reactor
Aixtron BM
Aixtron
Used for hydrogen etching and graphene growth on SiC.
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