Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2015.08a
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pp.221.2-221.2
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2015
Graphene is very interesting 2 dimensional material providing unique properties. Especially, graphene has been investigated as a stretchable and transparent conductor due to its high mobility, high optical transmittance, and outstanding mechanical properties. On the contrary, high sheet resistance of extremely thin monolayer graphene limits its application. Artificially stacked multilayer graphene is used to decrease its sheet resistance and has shown improved results. However, stacked multilayer graphene requires repetitive and unnecessary transfer processes. Recently, growth of multilayer graphene has been investigated using a chemical vapor deposition (CVD) method but the layer controlled synthesis of multilayer graphene has shown challenges. In this paper, we demonstrate controlled growth of multilayer graphene using a two-step process with multi heating zone low pressure CVD. The produced graphene samples are characterized by optical microscope (OM) and scanning electron microscopy (SEM). Raman spectroscopy is used to distinguish a number of layers in the multilayer graphene. Its optical and electrical properties are also analyzed by UV-Vis spectrophotometer and probe station, respectively. Atomic resolution images of graphene layers are observed by high resolution transmission electron microscopy (HRTEM).
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2013.08a
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pp.264.1-264.1
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2013
Graphene is a two-dimensional carbon material whose structure is one-atom-thick planar sheet of sp2-bonded carbon atoms densely packed in a honeycomb crystal lattice. It has drawn significant attention with its distinguished structural and electrical properties. Extremely high mobility and a tunable band gap make graphene potentially useful for innovative approaches to electronics. Although mechanical exfoliation of graphite and decomposition of SiC surfaces upon thermal treatment have been the main method for graphene, they have some limitations in quality and scalability of as-produced graphene films. Solutionphase and solvothermal syntheses of graphene achieved a major improvement for processing, however for device fabrication, a reproducible method such as chemical vapor deposition (CVD) growth yielding high quality films of controlled thickness is required. In this research, we synthesized hexagonal graphene flakes on Cu foils by CVD method and controlled its coverage, density and the size of graphene domains by changing reaction parameters. It is important to control these parameters of graphene growth during synthesis in order to achieve tunable properties and optimized device performance.
Kim, Yooseok;Lee, Su-il;Jung, Dae Sung;Cha, Myoung-Jun;Kim, Ji Sun;Park, Seung-Ho;Park, Chong-Yun
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2014.02a
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pp.380.2-380.2
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2014
Direct synthesis of graphene using a chemical vapor deposition (CVD) has been considered a facile way to produce large-area and uniform graphene film, which is an accessible method from an application standpoint. Hence, their fundamental understanding is highly required. Unfortunately, the CVD growth mechanism of graphene on Cu remains elusive and controversial. Here, we present the effect of graphene growth parameters on the number of graphene layers were systematically studied and growth mechanism on copper substrate was proposed. Parameters that could affect the thickness of graphene growth include the pressure in the system, gas flow rate, growth pressure, growth temperature, and cooling rate. We hypothesis that the partial pressure of both the carbon sources and hydrogen gas in the growth process, which is set by the total pressure and the mole fraction of the feedstock, could be the factor that controls the thickness of the graphene. The graphene on Cu was grown by the diffusion and precipitation mode not by the surface adsorption mode, because similar results were observed in graphene/Ni system. The carbon-diffused Cu layer was also observed after graphene growth under high CH4 pressure. Our findings may facilitate both the large-area synthesis of well-controlled graphene features and wide range of applications of graphene.
We report the facile synthesis of graphene-$CdLa_2S_4$ composite through a facile solvothermal method at low temperature. The as-prepared products were characterized by X-ray diffraction (XRD) and by Scanning electron microscopy (SEM) with energy dispersive X-ray (EDX) analysis and BET analysis, revealing the uniform covering of the graphene nanosheet with $CdLa_2S_4$ nanocrystals. The as-prepared samples show a higher efficiency for the photocatalytic degradation of typical MB dye compared with P25 and $CdLa_2S_4$ bulk nanoparticles. The enhancement of visible-light-responsive photocatalytic properties by decolorization of Rh.B dye may be attributed to the following causes. Firstly, graphene nanosheet is capable of accepting, transporting and storing electrons, and thus retarding or hindering the recombination of the electrons with the holes remaining on the excited $CdLa_2S_4$ nanoparticles. Secondly, graphene nanosheet can increase the adsorption of pollutants. The final cause is that their extended light absorption range. This work not only offers a simple way to synthesize graphene-based composites via a one-step process at low temperature but also a path to obtain efficient functional materials for environmental purification and other applications.
Seo, Dong-Ik;Han, Jeong-Yun;Kim, Eon-Jeong;Park, Wan-Jun
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2010.08a
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pp.277-277
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2010
In this report, we present a very effective growing method of graphene using plasma enhanced chemical vapor deposition(PECVD). The graphene is successfully grown on copper substrate. Low temperature growing is obtained with methane and hydrogen plasma. The graphene layers are analyzed by Raman spectroscopy and atomic force microscope. We also provide a transfer technique of graphene layer onto silicon substrate to build up various kinds of application devices.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2013.08a
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pp.130.2-130.2
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2013
Today, chemical vapor deposition (CVD) of hydrocarbon gases has been demonstrated as an attractive method to synthesize large-area graphene layers. However, special care should be taken to precisely control the resulting graphene layers in CVD due to its sensitivity to various process parameters. Therefore, a facile synthesis to grow graphene layers with high controllability will have great advantages for scalable practical applications. In order to simplify and create efficiency in graphene synthesis, the graphene growth by thermal annealing process has been discussed by several groups. However, the study on growth mechanism and the detailed structural and optoelectronic properties in the resulting graphene films have not been reported yet, which will be of particular interest to explore for the practical application of graphene. In this study, we report the growth of few-layer, large-area graphene films using rapid thermal annealing (RTA) without the use of intentional carbon-containing precursor. The instability of nickel films in air facilitates the spontaneous formation of ultrathin (<2~3 nm) carbon- and oxygen-containing compounds on a nickel surface and high-temperature annealing of the nickel samples results in the formation of few-layer graphene films with high crystallinity. From annealing temperature and ambient studies during RTA, it was found that the evaporation of oxygen atoms from the surface is the dominant factor affecting the formation of graphene films. The thickness of the graphene layers is strongly dependent on the RTA temperature and time and the resulting films have a limited thickness less than 2 nm even for an extended RTA time. The transferred films have a low sheet resistance of ~380 ${\Omega}/sq$, with ~93% optical transparency. This simple and potentially inexpensive method of synthesizing novel 2-dimensional carbon films offers a wide choice of graphene films for various potential applications.
The unique electronic property of graphene sheets provides potential applications in nanocomposites and fabricating various nicroelectrical devices, such as field-effect transistors, ultrasensitive sensors, and electromechanical resonators. Several effective techniques have been developed for preparing graphene sheets. Among these technique, mechanical exfoliation can produce pure graphene and epitaxial graphene sheets have been prepared by treatment of silicon carbide wafers at high temperature. Recently, graphene sheets have been developed by chemical reduction method from graphene oxide. In this work, we have synthesized graphene sheets based on mechanical exfoliation and chemical reduction methods. Graphene sheets were characterized by field-effect scanning electron microscope (FE-SEM). The size of graphene sheets was from few hundreds nanometer to decades micrometer.
An, Sehoon;Lee, Geun-Hyuk;Jang, Seong Woo;Hwang, Sehoon;Yoon, Jung Hyeon;Lim, Sang-Ho;Han, Seunghee
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2016.02a
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pp.129-129
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2016
Graphene, as a single layer of $sp^2$-bonded carbon atoms packed into a 2D honeycomb crystal lattice, has attracted much attention due to its outstanding properties. In order to synthesize high quality graphene, transition metals, such as nickel and copper, have been widely employed as catalysts, which needs transfer to desired substrates for various applications. However, the transfer steps are not only complicated but also inevitably induce defects, impurities, wrinkles, and cracks of graphene. Furthermore, the direct synthesis of graphene on dielectric surfaces has still been a premature field for practical applications. Therefore, cost effective and concise methods for transfer-free graphene are essentially required for commercialization. Here, we report a facile transfer-free graphene synthesis method through nickel and carbon co-deposited layer. In order to fabricate 100 nm thick NiC layer on the top of $SiO_2/Si$ substrates, DC reactive magnetron sputtering was performed at a gas pressure of 2 mTorr with various Ar : $CH_4$ gas flow ratio and the 200 W DC input power was applied to a Ni target at room temperature. Then, the sample was annealed under 200 sccm Ar flow and pressure of 1 Torr at $1000^{\circ}C$ for 4 min employing a rapid thermal annealing (RTA) equipment. During the RTA process, the carbon atoms diffused through the NiC layer and deposited on both sides of the NiC layer to form graphene upon cooling. The remained NiC layer was removed by using a 0.5 M $FeCl_3$ aqueous solution, and graphene was then directly obtained on $SiO_2/Si$ without any transfer process. In order to confirm the quality of resulted graphene layer, Raman spectroscopy was implemented. Raman mapping revealed that the resulted graphene was at high quality with low degree of $sp^3$-type structural defects. Additionally, sheet resistance and transmittance of the produced graphene were analyzed by a four-point probe method and UV-vis spectroscopy, respectively. This facile non-transfer process would consequently facilitate the future graphene research and industrial applications.
In this study, we report the one-pot synthesis of reduced graphene oxide (rGO) containing platinum nanoparticles with catalytic activity to break down hydrogen peroxide as a peroxidase-mimicking catalyst. A single reducing agent was used to reduce graphene oxide and a platinum precursor at a moderately low temperature of 70℃. The rGO was homogeneously decorated with platinum nanoparticles. The catalytic activity of Pt-rGO was investigated for the oxidation of 3,3',5,5'- tetramethylbenzidine (TMB), a peroxidase substrate, in the presence of hydrogen peroxide. The Pt-rGO coupled with glucose oxidase was also able to detect glucose at millimolar concentrations (up to 1 mM). Our results show that the Pt-rGO composite is a promising catalyst for the detection of hydrogen peroxide. This method was also applied for the detection of glucose.
The fabrication of high quality graphene using chemical vapor deposition (CVD) method for application in semiconductor, display and transparent electrodes is investigated. Temperature and pressure have major impact on the growth of graphene. Graphene doping was obtained by deposition of $MoO_3$ thin films using thermal evaporator. Bilayer graphene and the metal layer graphene were obtained. According to the behavior of graphene growth P-type doping was confirmed. Graphene obtained through experiments was analyzed using optical microscopy, Raman spectroscopy, UV-visible light spectrophotometer, 4-point probe sheet resistance meter and atomic force microscopy.
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