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.210.1-210.1
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2014
The hexagonal boron nitride (h-BN) sheet, a 2D material like graphene sheet, is comprised of boron and nitrogen atoms. Similar to graphene, h-BN sheet has attractive mechanical properties while it has a wide band gap unlike graphene. Recently, many experimental groups studied the growth of single BN layer by chemical vapor deposition (CVD) method on the copper substrate. To study the initial stage of h-BN growth on the copper surface, we have performed density functional theory calculations. We investigate several adsorption sites of a boron or nitride atom on the Cu surfaces. Then, by increasing the number of adsorbed B and N atoms, we study formation behaviors of the BN flakes on the surface. Several types of BN flakes atoms such as triangular, linear, and hexagonal shapes are considered on the copper surface. We find that the formation of the BN flake in triangular shape is most favorable on the surface. On the basis of the theoretical results, we discuss the growth mechanism of h-BN layer on the copper surfaces in terms of its shapes in the initial stage of growth.
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.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2012.02a
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pp.561-561
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2012
Graphene, two dimensional single layer of carbon atoms, has tremendous attention due to its superior property such as fast electron mobility, high thermal conductivity and optical transparency, and also found many applications such as field-effect transistors (FET), energy storage and conversion, optoelectronic device, electromechanical resonators and chemical sensors. Several techniques have been developed to form the graphene. Especially chemical vapor deposition (CVD) is a promising process for the large area graphene. For the electrically isolated devices, the graphene should be transfer to insulated substrate from Cu or Ni. However, transferred graphene has serious drawback due to remaining polymeric residue during transfer process which induces the poor device characteristics by impurity scattering and it interrupts the surface functionalization for the sensor application. In this study, we demonstrate the characteristics of solution-gated FET depending on the removal of polymeric residues. The solution-gated FET is operated by the modulation of the channel conductance by applying a gate potential from a reference electrode via the electrolyte, and it can be used as a chemical sensor. The removal process was achieved by several solvents during the transfer of CVD graphene from a copper foil to a substrate and additional annealing process with H2/Ar environments was carried out. We compare the properties of graphene by Raman spectroscopy, atomic force microscopy(AFM), and X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) measurements. Effects of residual polymeric materials on the device performance of graphene FET will be discussed in detail.
Pham, Viet Phuong;Kim, Kyong Nam;Jeon, Min Hwan;Lin, Tai Zhe;Yeom, Geun Young
Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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2014.11a
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pp.60-60
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2014
By the pre-doping technique on graphene/copper foil, we obtained the pristine sheet resistance and optical transmittance of the chlorine doped-single layer graphene $245{\Omega}/sq$ and 97% at 550 nm wavelength, respectively. X-ray photoelectron spectroscopy revealed that an extremely high Cl coverage of 47.3% of monolayer graphene surface was achieved as the highest surface-coverage graphene doping material ever reported.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2016.02a
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pp.290.1-290.1
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2016
Grapehen, a single atomic layer of graphite, has been in the spotlight and researched in vaious fields, because its fine mechanical, electrical properties, flexibility and transparence. Synthesis methods for large-area graphene such as chemical vaper deposition (CVD) and mechanical, chemical exfoliation have been reported. In particular, chemical exfoliation method receive attention due to low cost process. Chemical exfoliation method require reduction of graphene oxide in the process of exfoliation such as chemical reduction by strong reductant, thermal reduction on high temperature, and optical reduction via ultraviolet light exposure. Among these reduction methods, optical reduction is free from damage by strong reductant and high temperature. However, optical reduction is economically infeasible because the high cost of short-wavelength ultraviolet light sorce. In this paper, we make graphene-oxide and lanthanoid ion mixture aqueous solution which has highly optical absorbency in selective wevelength region. Sequentially, we synthesize reduced graphene oxide (RGO) using the solution and visible laser beam. Concretely, graphene oxide is made by modified hummer's method and mix with 1 ml each ultraviolet ray absorbent Gd3+ ion, Green laser absorbent Tb3+ ion, Red laser absorbent Eu3+ ion. After that, we revivify graphene oxide by laser exposure of 300 ~ 800 nm layser 1mW/cm2 +. We demonstrate reproducibility and repeatability of RGO through FT-IR, UV-VIS, Low temperature PL, SEM, XPS and electrical measurement.
Kim, Sang Jin;Lee, Bora;Choi, Yong Seok;Kim, Philip;Hone, James;Hong, Byung Hee;Bae, Sukang
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2016.02a
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pp.301.1-301.1
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2016
We report an ultraclean, cost-effective, and easily scalable method of transferring and patterning large-area graphene using pressure sensitive adhesive films (PSAFs) at room temperature. This simple transfer is enabled by the difference in wettability and adhesion energy of graphene with respect to PSAF and a target substrate. The PSAF transferred graphene is found to be free from residues, and shows excellent charge carrier mobility as high as ${\sim}17,700cm^2/V{\cdot}s$ with less doping compared to the graphene transferred by thermal release tape (TRT) or poly(methyl methacrylate) (PMMA) as well as good uniformity over large areas. In addition, the sheet resistance of graphene transferred by recycled PSAF does not change considerably up to 4 times, which would be advantageous for more cost-effective and environmentally friendly production of large-area graphene films for practical applications.
Jung, Min Wook;Myung, Sung;Kim, Kiwoong;Jo, You-Young;Lee, Sun Suk;Lim, Jongsun;Park, Chong-Yun;An, Ki-Seok
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2014.02a
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pp.165-165
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2014
In this study, we demonstrated that the soft lithographic patterning processing of chemical vapor deposition (CVD) graphene and rGO sheets as large scale, low cost, high quality and simplicity for future industrial applications. Recently, a previous study has reported that single layer graphene grown via CVD was patterned and transferred to a target surface by controlling the surface energy of the polydimethylsiloxane (PDMS) stamp [1]. Using this approach, the surface of a relief-patterned elastomeric stamp was functionalized with hydrophilic dimethylsulfoxide (DMSO) molecules to enhance the surface energy of the stamp and to remove the graphene-based layer from the initial substrate and transfer it to a target surface [2]. Further, we developed a soft lithographic patterning process via surface energy modification for advanced graphene-based flexible devices such as transistors or simple and efficient chemical sensor consisting of reduced graphene oxide (rGO) and a metallic nanoparticle composite. A flexible graphene-based device on a biocompatible silk fibroin substrate, which is attachable to an arbitrary target surface, was also successfully fabricated.
Kim, Na-Young;Oh, Min-Kyung;Park, Sung-Ho;Kim, Seong-Kyu;Hong, Byung-Hee
Bulletin of the Korean Chemical Society
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v.31
no.4
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pp.999-1003
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2010
Raman spectra of a single layer graphene sheet placed in different gold substrates were obtained and are discussed in the context of surface enhanced Raman scattering (SERS). The gold substrates were composed of a combination of a thermally deposited gold film and a close-packed gold nanosphere layer. The SERS effects were negligible when the excitation wavelength was 514 nm, while the Raman signals were enhanced 3-to 50-fold when the excitation wavelength was 633 nm. The large SERS enhancement accompanied a spectral distortion with appearance of several unidentifiable peaks, as well as enhancement of a broadened D peak. These phenomena are interpreted as the local field enhancement in the nanostructure of the gold substrates. The difference in the enhancement factors among the various gold substrates is explained with a model in which the spatial distribution and polarization of the local field and the orientation of the inserted graphene sheet are considered important.
This paper presents a simple procedure to obtain a substitute, homogenized mechanical response of single layer graphene sheet. The procedure is based on the judicious combination of molecular mechanics simulation results and homogenization method. Moreover, a series of virtual experiments are performed on the representative graphene lattice. Following these results, the constitutive model development is based on the well-established continuum mechanics framework, that is, the non-linear membrane theory which includes the hyperelastic model in terms of principal stretches. A proof-of-concept and performance is shown on a simple model problem where the hyperelastic strain energy density function is chosen in polynomial form.
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