[논문 리뷰] Suppression of Multilayer Graphene Patches during CVD Graphene growth on Copper

Zheng Han, Amina Kimouche외 8명|arXiv (Cornell University)|2012. 05. 07.

Graphene research and applications참고 문헌 33인용 수 56

한 줄 요약

이 연구는 구리 기질 상에서 성장하는 동안 다층 그래핀 패치를 억제하기 위해 탄소의 표면 결함에서의 분리 현상을 제한하기 위해 파ulsed 화학 기상 에피택셜(CVD) 방법을 도입한다. 이 방법은 균일한 센티미터 스케일의 단일층 그래핀을 얻으며, 전자 이동도는 5000 cm²/V·s를 초과하여 전통적인 CVD 방법에 비해 균일성과 전자적 품질이 크게 향상된다.

ABSTRACT

By limiting the carbon segregation at the copper surface defects, a pulsed chemical vapor deposition method for single layer graphene growth is shown to inhibit the formation of few-layer regions, leading to a fully single-layered graphene homogeneous at the centimeter scale. Graphene field-effect devices obtained after transfer of pulsed grown graphene on oxidized silicon exhibit mobilities above 5000 cm^2.V^-1.s^-1.

연구 동기 및 목표

• 구리 기판 상에서 CVD 성장 중 다층 그래핀 패치 형성 문제를 해결하기 위해.
• 장치 응용을 위한 CVD 성장 그래핀의 균일성과 전자적 품질을 향상시키기 위해.
• 구리 기질 표면 결함에서의 탄소 분리 현상을 최소화하는 성장 방법을 개발하기 위해.
• 고이동도 필드효과 트랜지스터에 적합한 센티미터 스케일의 균일한 단일층 그래핀을 달성하기 위해.

제안 방법

• 지속적인 CVD 대신 파ulsed CVD 공정을 구현하여 탄소 공급을 제어하고 결함에서의 핵형성 현상을 감소시키기 위해.
• 제어된 가스 펄스를 사용하여 구리 기질 표면 결함에서의 탄소 아톰의 확산과 분리를 제한하기 위해.
• 온도, 압력, 프리커서 노출 시간과 같은 성장 조건을 최적화하기 위해.
• 라만 스펙트로스코피 및 전기적 전송 측정을 통해 그래핀 품질을 특성화하기 위해.
• 필드효과 소자 제작을 위해 성장한 그래핀을 산화된 실리콘 기판으로 이송하기 위해.
• 현장에서 모니터링 및 이송 후 분석을 통해 성장 조건과 다층 그래핀 형성 간의 상관관계를 규명하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 파ulsed CVD는 그래핀 성장 중 구리 기질 표면 결함에서 탄소 분리를 어떻게 감소시키는가?
• RQ2 지속적인 CVD에 비해 파ulsed CVD는 다층 그래핀 패치 형성 억제에 어느 정도 효과적인가?
• RQ3 파ulsed 공정으로 성장한 그래핀의 균일성과 전자적 품질은 어떠한가?
• RQ4 파ulsed CVD 공정은 고성능 장치에 적합한 센티미터 스케일의 단일층 그래핀을 생성할 수 있는가?

주요 결과

• 파ulsed CVD 공정은 다층 그래핀 패치를 성공적으로 억제하여 센티미터 스케일의 균일한 단일층 그래핀을 구리 기판 전반에 걸쳐 확보하였다.
• 파ulsed 공정으로 성장한 그래핀 필드효과 장치는 이동도가 5000 cm²/V·s를 초과하는 것으로 나타났다.
• 라만 스펙트로스코피 분석을 통해 소수의 다층 영역가 존재하지 않음을 확인하여 높은 균일성을 입증하였다.
• 다층 패치의 억제는 파ulsed 탄소 공급으로 인해 구리 기질 표면 결함에서의 탄소 분리가 감소했기 때문으로 기인되었다.
• 이 방법은 나노전자소자 응용에 적합한 스케일업 가능한 고품질 그래핀 성장이 가능하게 하였다.