Electron tunneling through atomically flat and ultrathin hexagonal boron nitride (h-BN) on gold-coated mica was investigated using conductive atomic force microscopy. Low-bias direct tunneling was observed in mono-, bi-, and tri-layer h-BN. For all thicknesses, Fowler-Nordheim tunneling (FNT) occurred at high bias, showing an increase of breakdown voltage with thickness. Based on the FNT model, the barrier height for tunneling (3.07 eV) and dielectric strength (7.94 MV/cm) of h-BN are obtained; these values are comparable to those of SiO2.

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.
B.
Radisavljevic
,
A.
Radenovic
,
J.
Brivio
,
V.
Giacometti
, and
A.
Kis
,
Nat. Nanotechnol.
6
,
147
(
2011
).
3.
N.
Staley
,
J.
Wu
,
P.
Eklund
,
Y.
Liu
,
L.
Li
, and
Z.
Xu
,
Phys. Rev. B
80
,
184505
(
2009
).
4.
B.
Fallahazad
,
S.
Kim
,
L.
Colombo
, and
E.
Tutuc
,
Appl. Phys. Lett.
97
,
123105
(
2010
).
5.
M.
Hirose
,
Mater. Sci. Eng., B
41
,
35
(
1996
).
6.
A.
Olbrich
,
B.
Ebersberger
, and
C.
Boit
,
Appl. Phys. Lett.
73
,
3114
(
1998
).
7.
X.
Blase
,
A.
Rubio
,
S. G.
Louie
, and
M. L.
Cohen
,
Phys. Rev. B
51
,
6868
(
1995
).
8.
D. M.
Hoffman
,
G. L.
Doll
, and
P. C.
Eklund
,
Phys. Rev. B
30
,
6051
(
1984
).
9.
K.
Watanabe
,
T.
Taniguchi
, and
H.
Kanda
,
Nature Mater.
3
,
404
(
2004
).
10.
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
).
11.
J.
Xue
,
J.
Sanchez-Yamagishi
,
D.
Bulmash
,
P.
Jacquod
,
A.
Deshpande
,
K.
Watanabe
,
T.
Taniguchi
,
P.
Jarillo-Herrero
, and
B. J.
Leroy
,
Nature Mater.
10
,
282
(
2011
).
12.
R.
Decker
,
Y.
Wang
,
V. W.
Brar
,
W.
Regan
,
H. Z.
Tsai
,
Q.
Wu
,
W.
Gannett
,
A.
Zettl
, and
M. F.
Crommie
,
Nano Lett.
11
,
2291
(
2011
).
13.
S.
Mayorov
,
R. V.
Gorbachev
,
S. V.
Morozov
,
L.
Britnell
,
R.
Jalil
,
L. A.
Ponomarenko
,
P.
Blake
,
K. S.
Novoselov
,
K.
Watanabe
,
T.
Taniguchi
 et al,
Nano Lett.
11
,
2396
(
2011
).
14.
W.
Gannett
,
W.
Regan
,
K.
Watanabe
,
T.
Taniguchi
,
M. F.
Crommie
, and
A.
Zettl
,
Appl. Phys. Lett.
98
,
242105
(
2011
).
15.
A.
Ando
,
R.
Hasunuma
,
T.
Maeda
,
K.
Sakamoto
,
K.
Miki
,
Y.
Nishioka
, and
T.
Sakamoto
,
Appl. Surf. Sci.
162–163
,
401
(
2000
).
16.
Y. B.
Qi
,
I.
Ratera
,
J. Y.
Park
,
P. D.
Ashby
,
S. Y.
Quek
,
J. B.
Neaton
, and
M.
Salmeron
,
Langmuir
24
,
2219
(
2008
).
17.
X. D.
Cui
,
A.
Primak
,
X.
Zarate
,
J.
Tomfohr
,
O. F.
Sankey
,
A. L.
Moore
,
T. A.
Moore
,
D.
Gust
,
G.
Harris
, and
S. M.
Lindsay
,
Science
294
,
571
(
2001
).
18.
D.
Xu
,
G. D.
Watt
,
J. N.
Harb
, and
R. C.
Davis
,
Nano Lett.
5
,
571
(
2005
).
19.
C. H.
Lui
,
L.
Liu
,
K. F.
Mak
,
G. W.
Flynn
, and
T. F.
Heinz
,
Nature
462
,
339
(
2009
).
20.
L. A.
Bumm
,
J. J.
Arnold
,
T. D.
Dunbar
,
D. L.
Allara
, and
P. S.
Weiss
,
J. Phys. Chem. B
103
,
8122
(
1999
).
21.
J. G.
Simmons
,
J. Appl. Phys.
34
,
2581
(
1963
).
22.
R. H.
Fowler
and
L.
Nordheim
,
Proc. R. Soc. London, Ser. A
119
,
173
(
1928
).
23.
W.
Frammelsberger
,
G.
Benstetter
,
J.
Kiely
, and
R.
Stamp
,
Appl. Surf. Sci.
252
,
2375
(
2006
).
24.
Y.
Miyamoto
,
A.
Yamaguchi
,
K.
Oshima
,
W.
Saitoh
, and
M.
Asada
,
J. Vac. Sci. Technol. B
16
,
851
(
1998
).
25.
Y. N.
Xu
and
W. Y.
Ching
,
Phys. Rev. B
44
,
7787
(
1991
).
26.
A.
Gupta
,
G.
Chen
,
P.
Joshi
,
S.
Tadigadapa
, and
P. C.
Eklund
,
Nano Lett.
6
,
2667
(
2006
).
27.
K.
Boucart
and
A. M.
Ionescu
,
Solid State Electron.
52
,
1318
(
2008
).
28.
S. N.
Mohammad
,
F. J.
Kub
, and
C. R.
Eddy
,
J. Vac. Sci. Technol. B
29
,
021021
(
2011
).
You do not currently have access to this content.