[논문 리뷰] Substrate transfer and ex situ characterization of on-surface synthesized graphene nanoribbons

Gabriela Borin Barin, Andrew Fairbrother외 14명|arXiv (Cornell University)|2019. 01. 18.

Graphene research and applications참고 문헌 5인용 수 41

한 줄 요약

이 논문은 Au(111)/mica 기판에서 자란 7- 및 9-원자 폭 팔 방향의 그래핀 나노리본을 폴리머 없이 다양한 기판으로 전송하여 ex situ 특성을 분석하고 대기 조건에서의 안정성을 드러낸다.

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

연구 동기 및 목표

• GNR 처리, 전송 및 장기 안정성의 도전과제를 장치 구동 가능 응용을 위해 해결한다.
• Au(111)/mica 기판에서 7- 및 9-원자 폭 팔 방향 GNR의 대량 표면 합성을 시연한다.
• 오염 없이 폴리머 없이 전송 방법을 개발하여 ex situ 특성을 가능하게 한다.

제안 방법

• 고처리 시스템을 사용하여 200 nm Au(111)/mica 기판에서 7- 및 9-AGNR을 성장시킨다.
• GNR을 Au 성장 기판에서 다양한 대상 기판으로 폴리머 없이 전송한다.
• 원자힘 현미경으로 전송된 GNR의 형태와 찢김/주름을 평가한다.
• 레이먼 분광법으로 GNR 품질 및 24개월 간 대기 안정성을 평가한다.
• 다중 파장 레이먼 분광법을 적용하여 폭 특이 진동 모드를 분석한다.
• 자외선-가시광 스펙트로스코피로 광학 특성을 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Au(111)/mica에서 자란 GNR을 다른 기판으로 폴리머 오염 없이 전송할 수 있는가?
• RQ2 전송된 GNR가 ex situ 취급 후에도 구조적 무결성과 광학 특성을 유지하는가?
• RQ3 전송 후 대기 조건에서 GNR의 장기 안정성은 어떤가?
• RQ4 다중 파장 레이먼 분석에서 7- 및 9-AGNR의 폭 특이 진동 모드가 어떻게 작용하는가?
• RQ5 UV-Vis 분광법을 통해 7- 및 9-AGNR의 관찰 가능한 광학 특성은 무엇인가?

주요 결과

• 폴리머 없이 전송된 상태에서 균일한 GNR 필름이 형성되며 찢김과 주름이 거의 없다.
• 전송 후 GNR 품질의 현저한 열화가 없음을 레이먼 분광법이 보여준다.
• 전송된 GNR은 24개월 기간 동안 대기 안정성이 뛰어나다.
• 다중 파장 레이먼 분광법이 폭 특이 진동 모드에 대한 자세한 통찰을 제공한다.
• UV-Vis 분광법이 전송 후 7- 및 9-AGNR의 광학 특성을 특징지어 준다.