The development of two-dimensional graphene layers has recently attracted considerable attention because of its tremendous application in various research fields. Semi-metal materials have received significant attention because of their excellent biocompatibility as well as distinct physical, chemical, and mechanical properties. Taking into account the technical importance of graphene in various fields, such as complementary metal-oxide-semiconductor technology, energy-harvesting and -storage devices, biotechnology, electronics, light-emitting diodes, and wearable and flexible applications, it is considered to be a multifunctional component. In this regard, material scientists and researchers have primarily focused on two typical problems: i) direct growth and ii) low-temperature growth of graphene. In this review, we have considered only cold growth of graphene. The review is divided into five sections. Sections 1 and 2 explain the typical characteristics of graphene with a short history and the growth methods adopted, respectively. Graphene's direct growth at low temperatures on a required substrate with a well-established application is then precisely discussed in Sections 3 and 4. Finally, a summary of the review along with future challenges is described in Section 5.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2013.02a
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pp.433-433
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2013
Graphene, $sp^2$-hybridized 2-Dimension carbon material, has drawn enormous attention due to its desirable performance of excellent properties. Graphene can be applied for many electronic devices such as field-effect transistors (FETs), touch screen, solar cells. Furthermore, indium tin oxide (ITO) is commercially used and sets the standard for transparent electrode. However, ITO has certain limitations, such as increasing cost due to indium scarcity, instability in acid and basic environments, high surface roughness and brittle. Due to those reasons, graphene will be a perfect substitute as a transparent electrode. We report the graphene synthesized by inductive coupled plasma enhanced chemical vapor deposition (ICP-PECVD) process on Cu substrate. The growth was carried out using low temperature at $400^{\circ}C$ rather than typical chemical vapor deposition (CVD) process at $1,000^{\circ}C$ The low-temperature process has advantage of low cost and also low melting point materials will be available to synthesize graphene as substrate, but the drawback is low quality. To improve the quality, the factor affect the quality of graphene was be investigated by changing the plasma power, the flow rate of precursors, the scenario of precursors. Then, graphene film's quality was investigated with Raman spectroscopy and sheet resistance and optical emission spectroscopy.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2012.02a
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pp.421-421
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2012
Graphene has drawn enormous attention owing to its outstanding properties, such as high charge mobility, excellent transparence and mechanical property. Synthesis of Graphene by chemical vapor deposition (CVD) is an attractive way to produce large-scale Graphene on various substrates. However the fatal limitation of CVD process is high temperature requirement(around $1,000^{\circ}C$), at which many substrates such as Al substrate cannot endure. Therefore, we propose plasma enhanced CVD (PECVD) and decrease the temperature to $400^{\circ}C$. Fig. 1 shows the typical structure of RF-PECVD instrument. The quality of Graphene is affected by several variables. Such as plasma power, distance between substrate and electronic coil, flow rate of source gas and growth time. In this study, we investigate the influence of these factors on Graphene synthesis in vacuum condition. And the results were checked by Raman spectra and conductivity measurement.
Graphene has attracted the interest of many researchers due to various its advantages such as high mobility, high transparency, and strong mechanical strength. However, large-area graphene is grown at high temperatures of about 1,000 ℃ and must be transferred to various substrates for various applications. As a result, transferred graphene shows many defects such as wrinkles/ripples and cracks that happen during the transfer process. In this study, we address transfer-free, large-scale, and high-quality monolayer graphene. Monolayer graphene was grown at low temperatures on Ti (10nm)-buffered Si (001) and PET substrates via plasma-assisted thermal chemical vapor deposition (PATCVD). The graphene area is small at low mTorr range of operating pressure, while 4 × 4 ㎠ scale graphene is grown at high working pressures from 1.5 to 1.8 Torr. Four-inch wafer scale graphene growth is achieved at growth conditions of 1.8 Torr working pressure and 150 ℃ growth temperature. The monolayer graphene that is grown directly on the Ti-buffer layer reveals a transparency of 97.4 % at a wavelength of 550 nm, a carrier mobility of about 7,000 ㎠/V×s, and a sheet resistance of 98 W/□. Transfer-free, large-scale, high-quality monolayer graphene can be applied to flexible and stretchable electronic devices.
We present the simultaneous growth of single-walled carbon nanotubes and graphene with the optimal conditions of the synthesizing parameters. The dense and vertically aligned SWNTs having the length of over 100 ㎛ was grown by 2 nm-thick Fe catalytic layer. From 650 ℃, the vertically well-grown SWNTs were obtained by increasing the temperature. The severallayered graphene was synthesized with the gas mixing ratio of 15 : 1(H2 : C2H2) at 650 ℃ and higher temperatures. With these optimal conditions, the vertically well-grown SWNTs and the several-layered graphene were synthesized simultaneously. The presence of SWNTs and the layer of graphene were verified by field emission scanning electron microscopy and high resolution transmission electron microscopy. From the result of this simultaneous synthesizing approach, the possibility of one step growth process of CNTs and grapheme could be verified.
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.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2014.02a
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pp.232.2-232.2
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2014
Since its discovery in 2004, graphene, a sp2-hybridized 2-Dimension carbon material, has drawn enormous attention. A variety of approaches have been attempted, such as epitaxial growth from silicon carbide, chemical reduction of graphene oxide and CVD. Among these approaches, the CVD process takes great attention due to its guarantee of high quality and large scale with high yield on various transition metals. After synthesis of graphene on metal substrate, the subsequent transfer process is needed to transfer graphene onto various target substrates, such as bubbling transfer, renewable epoxy transfer and wet etching transfer. However, those transfer processes are hard to control and inevitably induce defects to graphene film. Especially for wet etching transfer, the metal substrate is totally etched away, which is horrendous resources wasting, time consuming, and unsuitable for industry production. Thus, our group develops one-step process to directly grow graphene on glass substrate in plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD). Copper foil is used as catalyst to enhance the growth of graphene, as well as a temperature shield to provide relatively low temperature to glass substrate. The effect of growth time is reported that longer growth time will provide lower sheet resistance and higher VSG flakes. The VSG with conductivity of $800{\Omega}/sq$ and thickness of 270 nm grown on glass substrate can be obtained under 12 min growing time. The morphology is clearly showed by SEM image and Raman spectra that VSG film is composed of base layer of amorphous carbon and vertically arranged graphene flakes.
Chemical vapor deposition method using $CH_4$ gaseous hydrocarbons is generally used to synthesize large-area graphene. Studies using non-gaseous materials such as ethanol, hexane and camphor have occasionally been conducted. In this study, large-area graphene is synthesized via chemical vapor deposition using polyethylene as a carbon precursor. In particular, we used a poly glove, which is made of low-density polyethylene. The characteristics of the synthesized graphene as functions of the growth time of graphene and the temperature for vaporizing polyethylene are evaluated by optical microscopy and Raman spectroscopy. When the polyethylene vaporizing temperature is over $150^{\circ}C$, large-area graphene with excellent quality is synthesized. Raman spectroscopy shows that the D peak intensity increased and the 2D peak intensity decreased with increasing growth time. The reason for this is that sp3 bonds in the graphene can form when the correct amount of carbon source is supplied. The quality of the graphene synthesized using polyethylene is similar to that of graphene synthesized using methane gas.
Cho, Hyunjin;Lee, Changhyup;Oh, In Seoup;Park, Sungchan;Kim, Hwan Chul;Kim, Myung Jong
Carbon letters
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v.13
no.4
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pp.205-211
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2012
Methanol as a carbon source in chemical vapor deposition (CVD) graphene has an advantage over methane and hydrogen in that we can avoid optimizing an etching reagent condition. Since methanol itself can easily decompose into hydrocarbon and water (an etching reagent) at high temperatures [1], the pressure and the temperature of methanol are the only parameters we have to handle. In this study, synthetic conditions for highly crystalline and large area graphene have been optimized by adjusting pressure and temperature; the effect of each parameter was analyzed systematically by Raman, scanning electron microscope, transmission electron microscope, atomic force microscope, four-point-probe measurement, and UV-Vis. Defect density of graphene, represented by D/G ratio in Raman, decreased with increasing temperature and decreasing pressure; it negatively affected electrical conductivity. From our process and various analyses, methanol CVD growth for graphene has been found to be a safe, cheap, easy, and simple method to produce high quality, large area, and continuous graphene films.
Van Nang, Lam;Kim, Dong-Ok;Trung, Tran Nam;Arepalli, Vinaya Kumar;Kim, Eui-Tae
Applied Microscopy
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v.47
no.1
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pp.13-18
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2017
High-quality graphene was synthesized on Cu foil and $Fe_2O_3$ film using $CH_4$ gas via inductively-coupled plasma chemical vapor deposition (ICPCVD). The graphene film was formed on $Fe_2O_3$ at a temperature as low as $700^{\circ}C$. Few-layer graphene was formed within a few seconds and 1 min on Cu and $Fe_2O_3$, respectively. With increasing growth time and plasma power, the graphene thickness was controllably reduced and ultimately self-limited to a single layer. Moreover, the crystal quality of graphene was constantly enhanced. Understanding the ICPCVD growth kinetics that are critically affected by ICP is useful for the controllable synthesis of high-quality graphene on metals and oxides for various electronic applications.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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