A high-quality HCa2Nb3O10 (HCNO) nanoflake (εr = 9.1) consisting of high-κ perovskite nanosheets is adopted as a gate dielectric for graphene-based electronics. A dual-gated device was physically constructed by directly dry-transferring a 22-nm-thick HCNO nanoflake as a top gate dielectric onto graphene. The fabricated graphene field-effect transistor could be operated at biases <1.5 V with a gate leakage below 1 pA. The top-gate capacitance and mobility of the dual-gated graphene device at room temperature were estimated to be 367 nF/cm2 and 2500 cm2/V · s, respectively. These results show that HCNO can be employed as an alternative dielectric for graphene-based devices.

1.
K. S.
Novoselov
,
A.
Geim
,
S.
Morozov
,
D.
Jiang
,
Y.
Zhang
,
S.
Dubonos
,
I.
Grigorieva
, and
A.
Firsov
,
Science
306
,
666
(
2004
).
2.
L.
Liao
and
X. F.
Duan
,
Mater. Sci. Eng. R
70
,
354
(
2010
).
3.
B.
Fallahazad
,
S.
Kim
,
L.
Colombo
, and
E.
Tutuc
,
Appl. Phys. Lett.
97
,
123105
(
2010
).
4.
A.
Konar
,
T.
Fang
, and
D.
Jena
,
Phys. Rev. B
82
,
115452
(
2010
).
5.
S.
Nakaharai
,
T.
Iijima
,
S.
Ogawa
,
H.
Miyazaki
,
S. L.
Li
,
K.
Tsukagoshi
,
S.
Sato
, and
N.
Yokoyama
,
Appl. Phys. Express
5
,
015101
(
2012
).
7.
D. J.
Frank
,
R. H.
Dennard
,
E.
Nowak
,
P.
Solomon
, and
Y.
Taur
,
Proc. IEEE
89
,
259
(
2001
).
8.
J.
Robertson
,
Eur. Phys. J. Appl. Phys.
28
,
265
(
2004
).
9.
L.
Liao
,
J. W.
Bai
,
Y. Q.
Qu
,
Y. C.
Lin
,
Y. J.
Li
,
Y.
Huang
, and
X. F.
Duan
,
Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.
107
,
6711
(
2010
).
10.
M. C.
Lemme
,
T. J.
Echtermeyer
,
M.
Baus
, and
H.
Kurz
,
IEEE Electron Device Lett.
28
,
282
(
2007
).
11.
M.
Friedemann
,
M.
Woszczyna
,
A.
Müller
,
S.
Wundrack
,
T.
Dziomba
,
T.
Weimann
, and
F. J.
Ahlers
,
Sci. Technol. Adv. Mater.
13
,
025007
(
2012
).
12.
Z. Y.
Zhang
,
H. L.
Xu
,
H.
Zhong
, and
L.-M.
Peng
,
Appl. Phys. Lett.
101
,
213103
(
2012
).
13.
I.
Meric
,
M. Y.
Han
,
A. F.
Young
,
B.
Oezyilmaz
,
P.
Kim
, and
K. L.
Shepard
,
Nat. Nanotechnol.
3
,
654
(
2008
).
14.
O.
Leenaerts
,
B.
Partoens
, and
F. M.
Peeters
,
Phys. Rev. B
79
,
235440
(
2009
).
15.
M.
Osada
and
T.
Sasaki
,
Adv. Mater.
24
,
210
(
2012
).
16.
M.
Osada
,
K.
Akatsuka
,
Y.
Ebina
,
H.
Funakubo
,
K.
Ono
,
K.
Takada
, and
T.
Sasaki
,
ACS Nano
4
,
5225
(
2010
).
17.
H.
Hiura
,
H.
Miyazaki
, and
K.
Tsukagoshi
,
Appl. Phys. Express
3
,
095101
(
2010
).
18.
P. J.
Zomer
,
S. P.
Dash
,
N.
Tombros
, and
B. J.
van Wees
,
Appl. Phys. Lett.
99
,
232104
(
2011
).
19.
C. R.
Dean
,
A. F.
Young
,
I.
Meric
,
C.
Lee
,
L.
Wang
,
S.
Sorgenfrei
,
K.
Watanabe
,
T.
Taniguchi
,
P.
Kim
,
K. L.
Shepard
, and
J.
Hone
,
Nat. Nanotechnol.
5
,
722
(
2010
).
20.
21.
A.
Venugopal
,
L.
Colombo
, and
E. M.
Vogel
,
Appl. Phys. Lett.
96
,
013512
(
2010
).
22.
K. K.
Kim
,
A.
Hsu
,
X. T.
Jia
,
S. M.
Kim
,
Y. M.
Shi
,
M.
Dresselhaus
,
T.
Palacios
, and
J.
Kong
,
ACS Nano
6
,
8583
(
2012
).
23.
H.
Wang
,
T.
Taychatanapat
,
A.
Hsu
,
K.
Watanabe
,
T.
Taniguchi
,
P.
Jarillo-Herrero
, and
T.
Palacios
,
IEEE Electron Device Lett.
32
,
1209
(
2011
).
24.
S.
Kim
,
J.
Nah
,
I.
Jo
,
D.
Shahrjerdi
,
L.
Colombo
,
Z.
Yao
,
E.
Tutuc
, and
S. K.
Banerjee
,
Appl. Phys. Lett.
94
,
062107
(
2009
).
25.
S.-L.
Li
,
H.
Miyazaki
,
H.
Hiura
,
C.
Liu
, and
K.
Tsukagoshi
,
ACS Nano
5
,
500
(
2011
).
27.
D.
Jena
and
A.
Konar
,
Phys. Rev. Lett.
98
,
136805
(
2007
).
28.
T.
Ando
,
A. B.
Fowler
, and
F.
Stern
,
Rev. Mod. Phys.
54
,
437
(
1982
).
29.
S.
Das Sarma
,
S.
Adam
,
E. H.
Hwang
, and
E.
Rossi
,
Rev. Mod. Phys.
83
,
407
(
2011
).
30.
J. H.
Chen
,
C.
Jang
,
S.
Adam
,
M. S.
Fuhrer
,
E. D.
Williams
, and
M.
Ishigami
,
Nat. Phys.
4
,
377
(
2008
).
31.
K.
Nagashio
,
T.
Nishimura
,
K.
Kita
, and
A.
Toriumi
,
Appl. Phys. Express
2
,
025003
(
2009
).
32.
Z.-Y.
Ong
and
M. V.
Fischetti
,
Phys. Rev. B
86
,
121409
R
(
2012
).
33.
B. C.
Huang
,
M.
Zhang
,
Y. J.
Wang
, and
J.
Woo
,
Appl. Phys. Lett.
99
,
032107
(
2011
).
34.
F. N.
Xia
,
V.
Perebeinos
,
Y.-M.
Lin
,
Y. Q.
Wu
, and
P.
Avouris
,
Nat. Nanotechnol.
6
,
179
(
2011
).
35.
H.
Miyazaki
,
K.
Tsukagoshi
,
A.
Kanda
,
M.
Otani
, and
S.
Okada
,
Nano Lett.
10
,
3888
(
2010
).
You do not currently have access to this content.