The authors demonstrate graphene thickness-graded transistors with high electron mobility and low 1/f noise (f is a frequency). The device channel is implemented with few-layer graphene with the thickness varied from a single layer in the middle to few-layers at the source and drain contacts. It was found that such devices have electron mobility comparable to the reference single-layer graphene devices while producing lower noise levels. The metal doping of graphene and difference in the electron density of states between the single-layer and few-layer graphene cause the observed noise reduction. The results shed light on the noise origin in graphene.

1.
K. I.
Bolotina
,
K. J.
Sikes
,
Z.
Jianga
,
M.
Klima
,
G.
Fudenberg
,
J.
Hone
,
P.
Kim
, and
H. L.
Stormer
,
Solid State Commun.
146
,
351
(
2008
).
2.
A.
Akturk
and
N.
Goldsman
,
J. Appl. Phys.
103
,
053702
(
2008
).
3.
R. S.
Shishir
and
D. K.
Ferry
,
J. Phys. Condens. Matter
21
,
344201
(
2009
).
4.
A. A.
Balandin
,
S.
Ghosh
,
W.
Bao
,
I.
Calizo
,
D.
Teweldebrhan
,
F.
Miao
, and
C. N.
Lau
,
Nano Lett.
8
,
902
(
2008
).
5.
A. A.
Balandin
,
Nat. Mater.
10
,
569
(
2011
).
6.
F.
Schwiers
,
Nat. Nanotechnol.
5
,
487
(
2010
).
7.
Y.-M.
Lin
,
C.
Dimitrakopoulos
,
K. A.
Jenkins
,
D. B.
Farmer
,
H.-Y.
Chiu
,
A.
Grill
, and
P.
Avouris
,
Science
5
,
662
(
2010
).
8.
X.
Yang
,
G.
Liu
,
A. A.
Balandin
, and
K.
Mohanram
,
ACS Nano
4
,
5532
(
2010
).
9.
X.
Yang
,
G.
Liu
,
M.
Rostami
,
A. A.
Balandin
, and
K.
Mohanram
,
IEEE Electron Device Lett.
32
,
1328
(
2011
).
10.
A. A.
Balandin
,
Noise and Fluctuation Control in Electronic Devices
(
American Scientific
,
Los Angeles
,
2002
).
11.
Y.-M.
Lin
and
P.
Avouris
,
Nano Lett.
8
,
2119
(
2008
).
12.
Q.
Shao
,
G.
Liu
,
D.
Teweldebrhan
,
A. A.
Balandin
,
S.
Rumyantsev
,
M.
Shur
, and
D.
Yan
,
IEEE Electron Device Lett.
30
,
288
(
2009
).
13.
G.
Liu
,
W.
Stillman
,
S.
Rumyantsev
,
Q.
Shao
,
M.
Shur
, and
A. A.
Balandin
,
Appl. Phys. Lett.
95
,
033103
(
2009
).
14.
A. N.
Pal
and
A.
Ghosh
,
Phys. Rev. Lett.
102
,
126805
(
2009
).
15.
S.
Rumyantsev
,
G.
Liu
,
W.
Stillman
,
M.
Shur
, and
A. A.
Balandin
,
J. Phys. Condens. Matt.
22
,
395302
(
2010
).
16.
I.
Heller
,
S.
Chatoor
,
J.
Mannik
,
M. A. G.
Zevenbergen
,
J. B.
Oostinga
,
A. F.
Morpurgo
,
C.
Dekker
, and
S. G.
Lemay
,
Nano Lett.
10
,
1563
(
2010
).
17.
J. S.
Moon
,
D.
Curtis
,
D.
Zehnder
,
S.
Kim
,
D. K.
Gaskill
,
G. G.
Jernigan
,
R. L.
Myers-Ward
,
C. R.
Eddy
,
P. M.
Campbell
,
K.-M.
Lee
, and
P.
Asbeck
,
IEEE Electron Device Lett.
32
,
270
(
2011
).
18.
G.
Xu
,
C. M.
Torres
, Jr.
,
Y.
Zhang
,
F.
Liu
,
E. B.
Song
,
M.
Wang
,
Y.
Zhou
,
C.
Zeng
, and
K. L.
Wang
,
Nano Lett.
10
,
3312
(
2010
).
19.
K. S.
Novoselov
,
A. K.
Geim
,
S. V.
Morozov
,
D.
Jiang
,
Y.
Zhang
,
S. V.
Dubonos
,
I. V.
Grigorieva
, and
A. A.
Firsov
,
Science
306
,
666
(
2004
).
20.
A. C.
Ferrari
,
J. C.
Meyer
,
V.
Scardaci
,
C.
Casiraghi
,
M.
Lazzeri
,
F.
Mauri
,
S.
Piscanec
,
D.
Jiang
,
K. S.
Novoselov
,
S.
Roth
, and
A. K.
Geim
,
Phys. Rev. Lett.
97
,
187401
(
2006
).
21.
I.
Calizo
,
F.
Miao
,
W.
Bao
,
C. N.
Lau
, and
A. A.
Balandin
,
Appl. Phys. Lett.
91
,
071913
(
2007
).
22.
Q.
Shao
,
G.
Liu
,
D.
Teweldebrhan
, and
A. A.
Balandin
,
Appl. Phys. Lett.
92
,
202108
(
2008
).
23.
I.
Calizo
,
I.
Bejenari
,
M.
Rahman
,
G.
Liu
, and
A. A.
Balandin
,
J. Appl. Phys.
106
,
043509
(
2009
).
24.
D.
Teweldebrhan
and
A. A.
Balandin
,
Appl. Phys. Lett.
94
,
013101
(
2009
).
25.
S.
Rumyantsev
,
G.
Liu
,
W.
Stillman
,
V. Yu.
Kachorovskii
,
M. S.
Shur
, and
A. A.
Balandin
, in
21st International Conference on Noise and Fluctuations
(ICNF), Toronto, Canada, June 12-16,
2011
, p.
234
.
26.
G.
Giovannetti
,
P. A.
Khomyakov
,
G.
Brocks
,
V. M.
Karpan
,
J.
van den Brink
, and
P. J.
Kelly
,
Phys. Rev. Lett.
101
,
026803
(
2008
).
27.
E. J. H.
Lee
,
K.
Balasubramanian
,
R. T.
Weitz
,
M.
Burghard
, and
K.
Kern
,
Nat. Nanotechnol.
3
,
486
(
2008
).
28.
T.
Mueller
,
F.
Xia
,
M.
Freitag
,
J.
Tsang
, and
P.
Avouris
,
Phys. Rev. B
79
,
245430
(
2009
).
29.
X.
Xu
,
N. M.
Gabor
,
J. S.
Alden
,
A. M.
van der Zande
, and
P. L.
McEuen
,
Nano Lett.
10
,
562
(
2010
).
30.
E. H.
Nicollian
and
H.
Melchior
,
Bell Syst. Tech. J.
46
,
2019
(
1967
).
31.
K.
Nagashio
,
T.
Nishimura
,
K.
Kita
, and
A.
Toriumi
,
Appl. Phys. Lett.
97
,
143514
(
2010
).
You do not currently have access to this content.