We report a method of fabricating self-aligned, top-gated graphene field-effect transistors (GFETs) employing polyethyleneimine spin-on-doped source/drain access regions, resulting in a 2X reduction of access resistance and a 2.5X improvement in device electrical characteristics, over undoped devices. The GFETs on Si/SiO2 substrates have high carrier mobilities of up to 6300cm2/Vs. Self-aligned spin-on-doping is applicable to GFETs on arbitrary substrates, as demonstrated by a 3X enhancement in performance for GFETs on insulating quartz substrates, which are better suited for radio frequency applications.

1.
A. K.
Geim
and
K. S.
Novoselov
,
Nature Mater.
6
,
183
(
2007
).
2.
A. H. C.
Neto
,
F.
Guinea
,
N. M. R.
Peres
,
K. S.
Novoselov
, and
A. K.
Geim
,
Rev. Mod. Phys.
81
,
109
(
2009
).
3.
A.
Barreiro
,
M.
Lazzeri
,
J.
Moser
,
F.
Mauri
, and
A.
Bachtold
,
Phys. Rev. Lett.
103
,
076601
(
2009
).
4.
S. O.
Koswatta
,
A. V.
Garcia
,
M. B.
Steiner
,
Y. M.
Lin
, and
P.
Avouris
,
IEEE Trans. Microwave Theory Tech.
59
,
2739
(
2011
).
5.
L.
Liao
,
Y. C.
Lin
,
M.
Bao
,
R.
Cheng
,
J.
Bai
,
Y.
Liu
,
Y.
Qu
,
K. L.
Wang
,
Y.
Huang
, and
X.
Duan
,
Nature
467
,
305
(
2010
).
6.
L.
Liao
,
J.
Bai
,
R.
Cheng
,
Y. C.
Lin
,
S.
Jiang
,
Y.
Qu
,
Y.
Huang
, and
X.
Duan
,
Nano Lett.
10
,
3952
(
2010
).
7.
Y. M.
Lin
,
H. Y.
Chiu
,
K. A.
Jenkins
,
D. B.
Farmer
,
P.
Avouris
, and
A. V.
Garcia
,
IEEE Electron Device Lett.
31
,
68
(
2010
).
8.
D. B.
Farmer
,
Y. M.
Lin
, and
P.
Avouris
,
Appl. Phys. Lett.
97
,
013103
(
2010
).
9.
A.
Badmaev
,
Y.
Che
,
Z.
Li
,
C.
Wang
, and
C.
Zhou
,
ACS Nano
6
,
3371
(
2012
).
10.
R. W.
Bower
and
R. G.
Dill
,
Tech. Dig. - Int. Electron Devices Meet.
12
,
102
(
1966
).
11.
D. B.
Farmer
,
R. G.
Mojarad
,
V.
Perebeinos
,
Y. M.
Lin
,
G. S.
Tulevski
,
J. C.
Tsang
, and
P.
Avouris
,
Nano Lett.
9
,
388
(
2009
).
12.
H.
Liu
,
Y.
Liu
, and
D.
Zhu
,
J. Mater. Chem.
21
,
3335
(
2011
).
13.
A.
Gupta
,
G.
Chen
,
P.
Joshi
,
S.
Tadigadapa
, and
P. C.
Eklund
,
Nano Lett.
6
,
2667
(
2006
).
14.
E.
Muoz
,
D.-S.
Suh
,
S.
Collins
,
M.
Selvidge
,
A.
Dalton
,
B.
Kim
,
J.
Razal
,
G.
Ussery
,
A.
Rinzler
,
M.
Martnez
, and
R.
Baughman
,
Adv. Mater.
17
,
1064
(
2005
).
15.
C.
Casiraghi
,
S.
Pisana
,
K. S.
Novoselov
,
A. K.
Geim
, and
A. C.
Ferrari
,
Appl. Phys. Lett.
91
,
233108
(
2007
).
16.
A.
Das
,
S.
Pisana
,
B.
Chakraborty
,
S.
Piscanec
,
S. K.
Saha
,
U. V.
Waghmare
,
K. S.
Novoselov
,
H. R.
Krishnamurthy
,
A. K.
Geim
,
A. C.
Ferrari
, and
A. K.
Sood
,
Nat. Nanotechnol.
3
,
210
(
2008
).
17.
D. B.
Farmer
,
Y. M.
Lin
,
A. A.
Ardakani
, and
P.
Avouris
,
Appl. Phys. Lett.
94
,
213106
(
2009
).
18.
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
).
19.
S.
Kim
,
J.
Nah
,
I.
Jo
,
D.
Shahrjerdi
,
L.
Colombo
,
Z.
Yao
,
E.
Tutuc
, and
S. K.
Banerjee
,
Appl. Phys. Lett.
94
,
062107
(
2009
).
20.
B.
Fallahazad
,
K.
Lee
,
G.
Lian
,
S.
Kim
,
C. M.
Corbet
,
D. A.
Ferrer
,
L.
Colombo
, and
E.
Tutuc
,
Appl. Phys. Lett.
100
,
093112
(
2012
).
21.
D.
Berdebes
,
T.
Low
,
Y.
Sui
,
J.
Appenzeller
, and
M. S.
Lundstrom
,
IEEE Trans. Electron Devices
58
,
3925
(
2011
).
22.
M. E.
Ramon
,
K. N.
Parrish
,
S. F.
Chowdhury
,
C. W.
Magnuson
,
H. C. P.
Movva
,
R. S.
Ruoff
,
S. K.
Banerjee
, and
D.
Akinwande
,
IEEE Trans. Nanotechnol.
11
,
877
(
2012
).
23.
S.
Kim
,
I.
Jo
,
J.
Nah
,
Z.
Yao
,
S. K.
Banerjee
, and
E.
Tutuc
,
Phys. Rev. B
83
,
161401
(
2011
).
You do not currently have access to this content.