Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2013.02a
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pp.642-642
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2013
Graphene, two dimensional single layer of carbon atoms, has tremendous attention due to its superior property such as high electron mobility, high thermal conductivity and optical transparency. Especially, chemical vapor deposition (CVD) grown graphene has been used as a promising material for high quality and large-scale graphene film. Unfortunately, although CVD-grown graphene has strong advantages, application of the CVD-grown graphene is limited due to ineffective transfer process that delivers the graphene onto a desired substrate by using polymer support layer such as PMMA(polymethyl methacrylate). The transferred CVD-grown graphene has serious drawback due to remaining polymeric residues generated during transfer process, which induces the poor physical and electrical characteristics by a p-doping effect and impurity scattering. To solve such issue incurred during polymer transfer process of CVD-grown graphene, various approaches including thermal annealing, chemical cleaning, mechanical cleaning have been tried but were not successful in getting rid of polymeric residues. On the other hand, lithographical patterning of graphene is an essential step in any form of microelectronic processing and most of conventional lithographic techniques employ photoresist for the definition of graphene patterns on substrates. But, application of photoresist is undesirable because of the presence of residual polymers that contaminate the graphene surface consistent with the effects generated during transfer process. Therefore, in order to fully utilize the excellent properties of CVD-grown graphene, new approach of transfer and patterning techniques which can avoid polymeric residue problem needs to be developed. In this work, we carried out transfer and patterning process simultaneously with no polymeric residue by using a metal etch mask. The patterned thin gold layer was deposited on CVD-grown graphene instead of photoresists in order to make much cleaner and smoother surface and then transferred onto a desired substrate with PMMA, which does not directly contact with graphene surface. We compare the surface properties and patterning morphology of graphene by scanning electron microscopy (SEM), atomic force microscopy(AFM) and Raman spectroscopy. Comparison with the effect of residual polymer and metal on performance of graphene FET will be discussed.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2014.02a
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pp.188.2-188.2
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2014
Chemical vapor deposition (CVD) method is usually used to grow high-quality large area graphene. In the CVD process, copper is an especially important catalytic-substrate due to the fact that graphene films grown on Cu foils are predominantly one monolayer thick. In this study, we has grown graphene on several types of copper substrates: Cu foils and copper single crystal surfaces such as Cu(100) and Cu(111) are chosen. To investigate the differences between graphene grown on foils and single crystals, we use Raman spectroscopy, X-ray diffraction and atomic force microscopy. Details of the experimental results will be presented.
The metal oxide/graphene nanocomposites are promising functional materials for high capacitive electrode material of secondary batteries, and high sensitive material of high performance gas sensors. In this study, vanadium dioxide($VO_2$) nanostructrures were grown on CVD graphene which was synthesized on Cu foil by thermal CVD, and exfoliated graphene which was exfoliated from highly oriented pyrolytic graphite(HOPG) using a vapor transport method. As results, $VO_2$ nanostructures on CVD graphene were grown preferential growth on abundant functional groups of graphene grain boundaries. The functional groups are served to nucleation site of $VO_2$ nanostructures. On the other hand, 2D & 3D $VO_2$ nanostructures were grown on exfoliated graphene due to uniformly distributed functional groups on exfoliated graphene surface. The characteristics of morphology controlled growth of $VO_2$/graphene nanocomposites would be applied to fabrication process for high capacitive electrode materials of secondary batteries, and high sensitive materials of gas sensors.
Kim, Hong-Beom;Park, Gyeong-Seon;Nguyen, Van Long;Seong, Myeong-Mo
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2016.02a
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pp.329-329
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2016
Large-area graphene films produced by means of chemical vapor deposition (CVD) are polycrystalline and thus contain numerous grain boundaries that can greatly degrade their performance and produce inhomogeneous properties. A better grain boundary engineering in CVD graphene is essential to realize the full potential of graphene in large-scale applications. Here, we report a defect-selective atomic layer deposition (ALD) for stitching grain boundaries of CVD graphene with ZnO so as to increase the connectivity between grains. In the present ALD process, ZnO with hexagonal wurtzite structure was selectively grown mainly on the defect-rich grain boundaries to produce ZnO-stitched CVD graphene with well-connected grains. For the CVD graphene film after ZnO stitching, the inter-grain mobility is notably improved with only a little change in free carrier density. We also demonstrate how ZnO-stitched CVD graphene can be successfully integrated into wafer-scale arrays of top-gated field effect transistors on 4-inch Si and polymer substrates, revealing remarkable device-to-device uniformity.
There has been increasing demand for real-time monitoring of body and ambient temperatures using wearable devices. Graphene-based thermistors have been developed for high-performance flexible temperature sensors. In this study, the temperature coefficient of resistance (TCR) of monolayer graphene was controlled by coating polyethylenimine (PEI) on graphene surfaces to enhance its temperature-sensing performances. Monolayer graphene grown by chemical vapor deposition (CVD) was wet-transferred onto a target substrate. To facilitate the interfacial doping by PEI, the hydrophobic graphene surface was altered to be hydrophilic by oxygen plasma treatments while minimizing defect generation. The effect of PEI doping on graphene was confirmed using a back-gated field-effect transistor (FET). The CVD-grown monolayer graphene coated with PEI exhibited an improved TCR of -0.49(±0.03) %/K in a temperature range of 30~50℃.
Jung, Da Hee;Kang, Cheong;Nam, Ji Eun;Kim, Jin-Seok;Lee, Jin Seok
Bulletin of the Korean Chemical Society
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v.34
no.11
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pp.3312-3316
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2013
Single crystals of hexagonal graphenes were successfully grown on Cu foils using the atmospheric pressure chemical vapor deposition (CVD) method. We investigated the effects of reaction parameters, such as the growth temperature and annealing time, on the size, coverage, and density of graphene domains grown over Cu foil. The mean size of the graphene domains increased significantly with increases in both the growth temperature and annealing time, and similar phenomena were observed in graphene domains grown by low pressure CVD over Cu foil. From the comparison of micro Raman spectroscopy in the graphene films grown with different annealing times, we found that the nucleation and growth of the domains were strongly dependent on the annealing time and growth temperature. Therefore, we confirmed that when reaction time was same, the number of layers and the degree of defects in the synthesized graphene films both decreased as the annealing time increased.
Graphene grown on copper-foil substrates by chemical vapor deposition (CVD) has been attracting interest for sensor applications due to an extraordinary high surface-to-volume ratio and capability of large-scale device fabrication. However, CVD graphene has a polycrystalline structure and a high density of grain boundaries degrading its electrical properties. Recently, processes such as electropolishing for flattening copper substrate has been applied before growth in order to increase the grain size of graphene. In this study, we systemically analyzed the effects of the process condition of electropolishing copper foil on the quality of CVD graphene. We observed that electropolishing process can reduce surface roughness of copper foil, increase the grain size of CVD graphene, and minimize the density of double-layered graphene regions. However, excessive process time can rather increase the copper foil surface roughness and degrade the quality of CVD graphene layers. This work shows that an optimized electropolishing process on copper substrates is critical to obtain high-quality and uniformity CVD graphene which is essential for practical sensor applications.
A large-area graphene sheet has been successfully grown on a copper-foil substrate by chemical vapor deposition (CVD) for industrial use. To screen out unsatisfactory graphene films as quickly as possible, noninvasive optical characterization in reflection geometry is necessary. Based on the optical conductivity of graphene, developed by the single-electron tight-binding method, we have investigated the optical-reflectance contrast. Depending on the four independent control parameters of layer number, chemical potential, hopping energy, and temperature, the optical-reflectance contrast can change dramatically enough to reveal the quality of the grown graphene sheet.
To enhance the performance of graphene-based devices, it is of great importance to better understand the interfacial interaction of graphene with its underlying substrates. In this study, the adhesion energy of monolayer graphene placed on dielectric substrates was characterized using mode I fracture tests. Large-area monolayer graphene was synthesized on copper foil using chemical vapor deposition (CVD) with methane and hydrogen. The synthesized graphene was placed on target dielectric substrates using polymer-assisted wet transfer technique. The monolayer graphene placed on a substrate was mechanically delaminated from the dielectric substrate by mode I fracture tests using double cantilever beam configuration. The obtained force-displacement curves were analyzed to estimate the adhesion energies, showing 1.13 ± 0.12 J/m2 for silicon dioxide and 2.90 ± 0.08 J/m2 for silicon nitride. This work provides the quantitative measurement of the interfacial interactions of CVD-grown graphene with dielectric substrates.
We report the systematic study to reduce extrinsic doping in graphene grown by chemical vapor deposition (CVD). To investigate the effect of crystallinity of graphene on the extent of the extrinsic doping, graphene samples with different levels of crystal quality: poly-crystalline and single-crystalline graphene (PCG and SCG), are employed. The graphene suspended in air is almost undoped regardless of its crystallinity, whereas graphene placed on an $SiO_2/Si$ substrate is spontaneously p-doped. The extent of p-doping from the $SiO_2$ substrate in SCG is slightly lower than that in PCG, implying that the defects in graphene play roles in charge transfer. However, after annealing treatment, both PCG and SCG are heavily p-doped due to increased interaction with the underlying substrate. Extrinsic doping dramatically decreases after annealing treatment when PCG and SCG are placed on the top of hexagonal boron nitride (h-BN) substrate, confirming that h-BN is the ideal substrate for reducing extrinsic doping in CVD graphene.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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