We fabricate and characterize dual-gated graphene field-effect transistors using Al2O3 as top-gate dielectric. We use a thin Al film as a nucleation layer to enable the atomic layer deposition of Al2O3. Our devices show mobility values of over 8000cm2/Vs at room temperature, a finding which indicates that the top-gate stack does not significantly increase the carrier scattering and consequently degrade the device characteristics. We propose a device model to fit the experimental data using a single mobility value.

1.
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
).
2.
K. I.
Bolotin
,
K. J.
Sikes
,
Z.
Jiang
,
G.
Fundenberg
,
J.
Hone
,
P.
Kim
, and
H. L.
Stormer
,
Solid State Commun.
146
,
351
(
2008
).
3.
T. J.
Booth
,
P.
Blake
,
R. R.
Nair
,
D.
Jiang
,
E. W.
Hill
,
U.
Bangert
,
A.
Bleloch
,
M.
Gass
,
K. S.
Novoselov
,
M. I.
Katsnelson
, and
A. K.
Geim
,
Nano Lett.
8
,
2442
(
2008
).
4.
B. E.
Deal
and
A. S.
Grove
,
J. Appl. Phys.
36
,
3770
(
1965
).
5.
J. D.
Plummer
,
M. D.
Deal
, and
P. B.
Griffin
,
Silicon VLSI Technology Fundamentals, Practice and Modeling
(
Prentice-Hall
,
Upper Saddle River, NJ
,
2000
).
6.
M.
Ritala
,
K.
Kukli
,
A.
Rahtu
,
P. I.
Raisanen
,
M.
Leskela
,
T.
Sajavaara
, and
J.
Keinonen
,
Science
288
,
319
(
2000
).
7.
B.
Lee
,
S. Y.
Park
,
H. C.
Kim
,
K. J.
Cho
,
E. M.
Vogel
,
M. J.
Kim
,
R. M.
Wallace
, and
J.
Kim
,
Appl. Phys. Lett.
92
,
203102
(
2008
).
8.
H. F.
Yang
and
R. T.
Yang
,
Carbon
40
,
437
(
2002
).
9.
Y.
Xuan
,
Y. Q.
Wu
,
T.
Shen
,
M.
Qi
,
M. A.
Capano
,
J. A.
Cooper
, and
P. D.
Ye
,
Appl. Phys. Lett.
92
,
013101
(
2008
).
10.
Y.-M.
Lin
,
K. A.
Jenkins
,
A.
Valdes-Garcia
,
J. P.
Small
,
D. B.
Farmer
, and
P.
Avouris
,
Nano Lett.
9
,
422
(
2009
).
11.
X.
Wang
,
S. M.
Tabakman
, and
H.
Dai
,
J. Am. Chem. Soc.
130
,
8152
(
2008
).
12.
I.
Meric
,
M. Y.
Han
,
A. F.
Young
,
B.
Ozyilmaz
,
P.
Kim
, and
K. L.
Shepard
,
Nat. Nanotechnol.
3
,
654
(
2008
).
13.
M. C.
Lemme
,
T. J.
Echtermeyer
,
M.
Baus
, and
H.
Kurz
,
IEEE Electron Device Lett.
28
,
282
(
2007
).
14.
M. J.
Dignam
,
W. R.
Fawcett
, and
H.
Bohni
,
J. Electrochem. Soc.
113
,
656
(
1966
).
15.
C. C.
Chang
,
D. B.
Fraser
,
M. J.
Grieco
,
T. T.
Sheng
,
S. E.
Haszko
,
R. E.
Kerwin
,
R. B.
Marcus
, and
A. K.
Sinha
,
J. Electrochem. Soc.
125
,
787
(
1978
).
16.
P.
Blake
,
E. W.
Hill
,
A. H.
Castro Neto
,
K. S.
Novoselov
,
D.
Jiang
,
R.
Yang
,
T. J.
Booth
,
A. K.
Geim
, and
E. W.
Hill
,
Appl. Phys. Lett.
91
,
063124
(
2007
).
17.
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
).
18.
M.
Ishigami
,
J. H.
Chen
,
W. G.
Cullen
,
M. S.
Fuhrer
, and
E. D.
Williams
,
Nano Lett.
7
,
1643
(
2007
).
19.
Y. -W.
Tan
,
Y.
Zhang
,
K.
Bolotin
,
Y.
Zhao
,
S.
Adam
,
E. H.
Hwang
,
S.
Das Sarma
,
H. L.
Stormer
, and
P.
Kim
,
Phys. Rev. Lett.
99
,
246803
(
2007
).
20.
S.
Adam
,
E. H.
Hwang
,
V. M.
Galitski
, and
S.
Das Sarma
,
Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.
104
,
18392
(
2007
).
21.
We use rs=e2/vFk=0.40 for the coupling constant in our sample; vF=1.1×106m/s is the Fermi velocity in graphene, and k=4.98 is the average dielectric constant of SiO2 and Al2O3.
22.
J. H.
Chen
,
C.
Jang
,
M. S.
Fuhrer
,
E. D.
Williams
, and
M.
Ishigami
,
Nat. Nanotechnol.
3
,
206
(
2008
).
You do not currently have access to this content.