[論文レビュー] Substrate transfer and ex situ characterization of on-surface synthesized graphene nanoribbons

Gabriela Borin Barin, Andrew Fairbrother+14 more|arXiv (Cornell University)|Jan 18, 2019

Graphene research and applications参考文献 5被引用数 41

ひとこと要約

本論文は、Au(111)/mica基板上で成長させた7-および9-原子幅のアームチェア型グラフェンナノリボンをポリマーを使用しない転写によりさまざまな基板へ転写し、ex situ の特性評価を可能とし、環境条件下での安定性を示す。

ABSTRACT

Recent progress in the on-surface synthesis of graphene nanoribbons (GNRs) has given access to atomically precise narrow GNRs with tunable electronic band gaps that makes them excellent candidates for room-temperature switching devices such as field-effect transistors (FET). However, in spite of their exceptional properties, significant challenges remain for GNR processing and characterization. This contribution addresses some of the most important challenges, including GNR fabrication scalability, substrate transfer, long-term stability under ambient conditions and ex situ characterization. We focus on 7- and 9-atom wide armchair graphene nanoribbons (i.e, 7-AGNR; and 9-AGNR) grown on 200 nm Au(111)/mica substrates using a high throughput system. Transfer of both, 7- and 9-AGNRs from their Au growth sub-strate onto various target substrates for additional characterization is accomplished utilizing a polymer-free method that avoids residual contamination. This results in a homogeneous GNR film morphology with very few tears and wrinkles, as examined by atomic force microscopy. Raman spectroscopy indicates no significant degradation of GNR quality upon substrate transfer, and reveals that GNRs have remarkable stability under ambient conditions over a 24-month period. The transferred GNRs are analyzed using multi-wavelength Raman spectroscopy, which provides detailed insight into the wavelength dependence of the width-specific vibrational modes. Finally, we characterize the optical properties of 7- and 9-AGNRs via ultra-violet-visible (UV-Vis) spectroscopy

研究の動機と目的

• デバイス実装に向けたGNRの処理、転写、長期安定性の課題に対処する。
• Au(111)/mica基板上で7-および9-原子幅のアームチェアGNRの表面上合成をスケーラブルに実証する。
• 汚染を避け、ex situ特性評価を可能にするポリマー不使用転写法を開発する。

提案手法

• ハイ・スループット系を用いて200 nm Au(111)/mica基板上に7-および9-AGNRを成長させる。
• ゲ GNRをAu成長基板からさまざまなターゲット基板へポリマー不使用の方法で転写する。
• 転写したGNRを原子力顕微鏡(AFМ)で表面形態と断裂・しわを評価する。
• ラマン分光を用いてGNRの品質と24か月に渡る常温安定性を評価する。
• 多波長ラマン分光を適用し、幅依存の振動モードを解析する。
• 紫外-可視分光法で光学特性を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Au(111)/mica 上で成長したGNRをポリマー汚染なしで他の基板へ転写できるか？
• RQ2 ex situ の取り扱い後、転写されたGNRは構造的完全性と光学特性を保持するか？
• RQ3 転写後、GNRの常温環境下での長期安定性はどうか？
• RQ4 7-および9-AGNRの幅特異的振動モードは多波長ラマン分析の下でどう振る舞うか？
• RQ5 UV-Vis分光法を用いた7-および9-AGNRの観測可能な光学特性は何か？

主な発見

• ポリマー不使用の転写は、少数の裂けや皺のある均一なGNR膜を生じさせる。
• 転写後もGNRの品質の著しい劣化は見られないことをラマン分光が示す。
• 転写されたGNRは24か月にわたって顕著な常温安定性を示す。
• 多波長ラマン分光は幅特異的振動モードに関する詳細な洞察を提供する。
• UV-Vis分光法は転写後の7-および9-AGNRの光学特性を特徴づける。