Transactions on Electrical and Electronic Materials
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제11권4호
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pp.190-193
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2010
This report covers an effective fabrication method of graphene nanoribbon for top-gated field effect transistors (FETs) utilizing electron beam lithography with a bi-layer resists (XR-1541/poly methtyl methacrylate) process. To improve the variation of the gating properties of FETs, the residues of an e beam resist on the graphene channel are successfully taken off through the combination of reactive ion etching and a lift-off process for the XR-1541 bi-layer. In order to identify the presence of graphene structures, atomic force microscopy measurement and Raman spectrum analysis are performed. We believe that the lift-off process with bi-layer resists could be a good solution to increase gate dielectric properties toward the high quality of graphene FETs.
Based on graphene oxide and multi-walled carbon nanotube layers, a wireless bi-layer actuator that can be remotely controlled with an electromagnetic induction system has been developed. The graphene-based bi-layer actuator exhibits a large one-way bending deformation under eddy current stimuli due to asymmetrical responses originating from the temperature difference of the two different carbon layers. In order to validate one-way bending actuation, the coefficients of thermal expansion of carbon nanotube and graphene oxide are mathematically formulated in this study based on the atomic bonding energy related to the bonding length. The newly designed graphene-based bi-layer actuator is highly sensitive to electromagnetic wave irradiation thus it can trigger a new actuation mode for the realization of remotely controllable actuators and is expected to have potential applications in various wireless systems.
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.
화학기상증착법(CVD)을 이용하여 Cu-foil 위에 합성된 대면적의 단층 그래핀(Graphene)을 폴리머 탄성융합체 PDMS(Polydimethylsiloxane)를 이용하여 건식으로 전사하는 기술을 연구하였다. 이때, $UV/O_3$처리를 통해 목표 기판(target substrate)의 표면 개질을 변화시켜 그래핀의 손상이 최소화되로록 그래핀을 전사하였다. 이 과정을 반복 실행하여 그래핀을 다층(1~4 layers)으로 $SiO_2/Si$기판 위에 적층하였으며, 전사된 다층 그래핀의 품질평가를 위하여 광투과율과 면저항의 변화를 측정하였다.
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).
In this study, a method to remove residual powder on a multi-layered graphene and a new approach to transfer multi-layered graphene at once are studied. A graphene one-step transfer (GOST) method is conducted to minimize the residual powder comparison with a layer-by-layer transfer. Furthermore, a residual powder removing process is investigated to remove residual powder at the top of a multi-layered graphene. After residual powder is removed, the sheet resistance of graphene is decreased from 393 to 340 Ohm/sq in a four-layered graphene. In addition, transmittance slightly increases after residual powder is removed from the top of the multi-layered graphene. Optical and atomic-force microscopy images are used to analyze the graphene surface, and the Ra value is reduced from 5.2 to 3.7 nm following residual powder removal. Therefore, GOST and residual powder removal resolve the limited application of graphene electrodes due to residual powder.
Graphene, a single atomic layer of sp2-bonded carbon, shows substantial potential for various applications. Chemical manipulation of its electronic properties will be of great importance. In this study, we have investigated interaction between graphene and organic molecular layer of tetrafluorotetracyanoquinodimethane (F4-TCNQ), a strong electron acceptor. F4-TCNQ films of varying thickness were evaporated onto graphene mechanically exfoliated on SiO2/Si substrates. F4-TCNQ molecules increase the frequencies of Raman G and 2D bands of graphene while decreasing the linewidth of G band and 2D/G intensity ratio, which is consistent with increase of hole density in graphene. These results exemplify the possibility of chemical tuning of electronic properties of graphene.
본 논문에서는 마이크로대역에서 단층 및 다층 그래핀이 각각 결합된 인터디지털 커패시터의 전기적 특성을 비교 분석하였다. 그래핀이 결합된 커패시터의 등가회로에서 커패시터의 저항, 인덕턴스, 커패시턴스 성분들 간 차이가 분명하게 나타났다. 특히 단층 그래핀이 결합된 커패시터의 경우, 순수 커패시터와 다층 그래핀이 결합된 커패시터에 비해 추가적으로 인덕턴스와 저항 성분이 나타났고, 또한, 커패시터 전극의 저항 성분이 증가하였다. 한편, 커패시터의 자기공명주파수는 더 낮은 주파수대역으로 이동하였고, 0.5~4 GHz 주파수 대역에서 투과특성이 상당히 향상되었다. 반면, 다층 그래핀이 결합된 커패시터의 경우, 순수한 커패시터의 전기적 특성과 약간의 차이만 나타났다. 결과적으로 본 연구를 통해서 단층 그래핀이 다층 그래핀에 비해 인터디지털 커패시터의 전기적 특성과 성능에 더욱 민감한 영향을 줄 수 있음을 확인하였다.
The device scale of flash memory was confronted with quantum mechanical limitation. The next generation memory device will be required a break-through for the device scaling problem. Especially, graphene is one of important materials to overcome scaling and operation problem for the memory device, because ofthe high carrier mobility, the mechanicalflexibility, the one atomic layer thick and versatile chemistry. We demonstrate the hybrid memory consisted with the metal-oxide quantum dots and the mono-layered graphene which was transferred to $SiO_2$ (5 nm)/Si substrate. The 5-nm thick secondary $SiO_2$ layer was deposited on the mono-layered graphene by using ultra-high vacuum sputtering system which base pressure is about $1{\times}10^{-10}$ Torr. The $In_2O_3$ quantum dots were distributed on the secondary $SiO_2$2 layer after chemical reaction between deposited In layer and polyamic acid layer through soft baking at $125^{\circ}C$ for 30 min and curing process at $400^{\circ}C$ for 1 hr by using the furnace in $N_2$ ambient. The memory devices with the $In_2O_3$ quantum dots on graphene monolayer between $SiO_2$ thin films have demonstrated and evaluated for the application of next generation nonvolatile memory device. We will discuss the electrical properties to understating memory effect related with quantum mechanical transport between the $In_2O_3$ quantum dots and the Fermi level of graphene layer.
Two-dimensional materials such as graphene, h-BN, and $MoS_2$ have attracted increased interest as solid lubricant and protective coating layer for nanoscale devices owing to their superior mechanical properties and low friction characteristics. In this work, the frictional properties of single-layer graphene, h-BN, and $MoS_2$ are experimentally investigated under various normal forces using atomic force microscope (AFM) tips with a spherical and flat end, with the aim to gain a better understanding of frictional behaviors. The nonlinear relationship between friction and normal force friction was clearly observed for single-layer graphene, h-BN, $MoS_2$ specimens slid against the spherical and flat AFM tips. The results also indicate that single-layer graphene, h-BN, $MoS_2$ exhibit low frictional properties (e.g., friction coefficient below 0.1 under 70~100 nN normal force). In particular, graphene is found to be superior to h-BN and $MoS_2$ in terms of frictional properties. However, the friction of single-layer graphene, h-BN, $MoS_2$ against the flat tip is larger than that against the spherical tip, which may be attributed to the relatively large adhesion. Furthermore, it is shown that the fluctuation of friction is more significant for the flat tip than the spherical tip. The resutls of this study may be helpful to elucidate the feasibility of using two-dimensional materials as solid lubricant and protective coating layer for nanoscale devices.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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