Projekt je zaměřen na výzkum nové metody modulace a charakterizace fyzikálních vlastností grafenu při přesně definovaných podmínkách, tak že spojíme grafenovou FET strukturu s piezoelektrickým rezonátorem. Vlastnosti grafenu na této struktuře budou modulovány amplitudou a frekvencí tohoto rezonátoru. Tato metoda je založena na možnosti samostatného a přesného řízení elektrického pole, indukovaného pnutí, frekvence vibrací a výchylky rezonátoru, které ovlivňují grafenovou monovrstvu. Toto řešení nám dává možnost charakterizovat elektrické vlastnosti grafenu na základě přesně kontrolovatelného mechanického pnutí ve statickém i dynamickém režimu. Tento přístup má velký aplikační potenciál pro měření a sledování buněk, enzymů, aminokyselin, DNA a RNA při pokojové teplotě a dále měření toxických, výbušných, skleníkových plynů nebo chemických zplodin.

Description in English
The project is aimed to develop a new method of modulation of a graphene monolayer at controlled conditions. It will be achieved by integration of a graphene FET structure with piezoelectric resonator. Graphene properties will be adjusted mechanically by the resonator. This leads to independent and precise control of an amplitude of induced mechanical strain, its modulating frequency, which all influences properties of the graphene. This method gives us a chance to characterize electrical properties of graphene based on precisely controlled mechanical strain in both statically and dynamically. The electrical field required to measure graphene FET will not be affected by the vibrations, thus giving us a change to perform precise measurement of the electrical properties of graphene. This approach has a great potential for measurement and monitoring of cells, enzymes, nucleic acids, DNA and RNA all at ambient temperature. It can be also used for measurement of toxic, combustive or waste gases.

Keywords
grafenová monovrstva;piezoelektrický rezonátor;FET,Hall bar;relativní deformace;MEMS;NEMS;

Key words in English
graphene monolayer;piezoelectric resonator;FET;Hall bar;strain;MEMS;NEMS;

18-06498Y

Czech

Pekárek Jan, doc. Ing., Ph.D. - principal person responsible

Smart Nanodevices
- responsible department (23.3.2017 - not assigned)
Smart Nanodevices
- beneficiary (1.1.2018 - 31.12.2020)

KLEMPA, J.; BRODSKÝ, J.; GABLECH, I.; PEKÁREK, J.: Rezonátory s piezoelektrickými vrstvami na bázi AlN. URL: http://webzor.umel.feec.vutbr.cz/LabSensNano/products.aspx?id=147. (Funkční vzorek)
Detail

BRODSKÝ, J.; GABLECH, I.; PEKÁREK, J.: 2D-FET struktury s indukovaným pnutím. URL: http://webzor.umel.feec.vutbr.cz/LabSensNano/products.aspx?id=148. (Funkční vzorek)
Detail

GABLECH, I.; BRODSKÝ, J.; VYROUBAL, P.; PIASTEK, J.; BARTOŠÍK, M.; PEKÁREK, J. Mechanical strain and electric-field modulation of graphene transistors integrated on MEMS cantilevers. Journal of materials science, 2022, vol. 57, no. 3, p. 1923-1935. ISSN: 0022-2461.
Detail

GABLECH, I.; PEKÁREK, J.; KLEMPA, J.; VYROUBAL, P.; SVATOŠ, V.; NEUŽIL, P. A New Method for 2D Materials Properties Modulation by Controlled Induced Mechanical Strain. In Proceedings, Eurosensors 2018. Proceedings. Basel, Switzerland: MDPI, 2018. no. 13, p. 1-5. ISSN: 2504-3900.
Detail

GABLECH, I.; BRODSKÝ, J.; PEKÁREK, J.; NEUŽIL, P. Infinite selectivity of wet SiO2 etching in respect to Al. Micromachines, 2020, vol. 11, no. 4, p. 365-371. ISSN: 2072-666X.
Detail

SAMPATHKUMAR, K.; PEKÁREK, J.; FRANK, O. Imposing biaxial strain on 2D layered materials by liquid-induced swelling of supporting polymer. In Proceedings 12th International Conference on Nanomaterials - Research & Application. Ostrava: Tanger, 2020. p. 50-56. ISBN: 978-80-87294-98-7.
Detail

GABLECH, I.; PEKÁREK, J.; KLEMPA, J.; SVATOŠ, V.; SAJEDI-MOGHADDAM, A.; NEUŽIL, P.; PUMERA, M. Monoelemental 2D Materials-based Field Effect Transistors for Sensing and Biosensing: Phosphorene, Antimonene, Arsenene, Silicene, and Germanene go beyond Graphene. TRAC-TRENDS IN ANALYTICAL CHEMISTRY, 2018, vol. 105, no. NA, p. 251-262. ISSN: 0165-9936.
Detail

BRODSKÝ, J.; GABLECH, I. Wet etching of SiO2 as sacrificial layer with infinite selectivity to Al. Proceedings of the 26th Conference STUDENT EEICT. Brno, Czech Republic: VUT, 2020. s. 292-295. ISBN: 978-80-214-5867-3.
Detail

GABLECH, I.; SVATOŠ, V.; CAHA, O.; DUBROKA, A.; PEKÁREK, J.; KLEMPA, J.; NEUŽIL, P.; SCHNEIDER, M.; ŠIKOLA, T. Preparation of high-quality stress-free (001) aluminum nitride thin film using a dual kaufman ion-beam source setup. Thin Solid Films, 2019, vol. 670, no. NA, p. 105-112. ISSN: 0040-6090.
Detail

BRODSKÝ, J. Graphene field-effect transistor properties modulation via mechanical strain induced by micro-cantilever. Proceedings II of the 27th Conference STUDENT EEICT selected papers. 1. Brno: Brno University of Technology, Faculty of Electrical Engineering and Communication, 2021. p. 81-84. ISBN: 978-80-214-5943-4.
Detail

BRODSKÝ, J.; GABLECH, I. Charakterizace elektrických vlastností materiálů založených na grafenu na MEMS strukturách. Proceedings of the 25th Conference STUDENT EEICT. Brno, Czech Republic: VUT, 2019. s. 158-161. ISBN: 978-80-214-5735-5.
Detail

GABLECH, I.; KLEMPA, J.; PEKÁREK, J.; VYROUBAL, P.; HRABINA, J.; HOLÁ, M.; KUNZ, J.; BRODSKÝ, J.; NEUŽIL, P. Simple and efficient AlN-based piezoelectric energy harvesters. Micromachines, 2020, vol. 11, no. 2, p. 1-10. ISSN: 2072-666X.
Detail

PEKÁREK, J.; GABLECH, I.; KLEMPA, J.; SVATOŠ, V.; SCHNEIDER, M.; NEUŽIL, P. Aluminum Nitride with High d33 Piezoelectric Coefficient for MEMS Applications. In 19th International Conference on Micro and Nanotechnology for Power Generation and Energy Conversion Applications (Power MEMS) Conference Proceedings. NEW YORK: IEEE, 2019. p. 1-4. ISBN: 978-1-7281-5638-5.
Detail

GABLECH, I.; KLEMPA, J.; PEKÁREK, J.; VYROUBAL, P.; KUNZ, J.; NEUŽIL, P. Aluminum nitride based piezoelectric harvesters. In 19th International Conference on Micro and Nanotechnology for Power Generation and Energy Conversion Applications (Power MEMS) Conference Proceedings. NEW YORK: IEEE, 2019. p. 1-4. ISBN: 978-1-7281-5638-5.
Detail

Responsibility: Pekárek Jan, doc. Ing., Ph.D.