[论文解读] 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 41

一句话总结

本文展示了将 7-原子宽和 9-原子宽的臂椅型石墨烯纳米带在 Au(111)/mica 基底上生长后进行 polymer-free 转移到各种基底，从而实现离位表征并揭示在环境条件下的稳定性。

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

研究动机与目标

• 解决 GNR 加工、转移和长期稳定性在器件就绪应用中的挑战。
• 演示在 Au(111)/mica 基底上实现 7-和 9-原子宽臂椅型 GNRs 的可扩展表面上合成。
• 开发聚合物自由转移方法，避免污染并实现离位表征。

提出的方法

• 使用高通量系统在 200 nm Au(111)/mica 基底上生长 7-和 9-AGNRs。
• 使用聚合物自由的方法将 GNRs 从 Au 生长基底转移到各种目标基底。
• 用原子力显微镜表征转移后的 GNRs 的形貌、裂纹/皱褶情况。
• 使用拉曼光谱评估 GNRs 的质量及在 24 个月内的环境稳定性。
• 应用多波长拉曼光谱分析宽度特异的振动模态。
• 用紫外-可见光谱表征光学性质。

实验结果

研究问题

• RQ1 在 Au(111)/mica 上生长的 GNRs 是否可以在不污染聚合物的情况下转移到其他基底？
• RQ2 转移后的 GNRs 在离位处理后是否保持结构完整性和光学性质？
• RQ3 转移后 GNRs 在环境条件下的长期稳定性如何？
• RQ4 在多波长拉曼分析中，7-和 9-AGNRs 的宽度特异振动模态表现如何？
• RQ5 通过 UV-Vis 光谱可观察到的 7-和 9-AGNRs 的光学性质是什么？

主要发现

• 聚合物自由转移产生均匀的 GNR 薄膜，几乎无裂纹与皱褶。
• 拉曼光谱显示转移后 GNRs 的质量未显著退化。
• 转移后的 GNRs 在 24 个月的环境条件下表现出显著的环境稳定性。
• 多波长拉曼光谱提供对宽度特异振动模态的详细见解。
• UV-Vis 光谱表征了转移后 7-和 9-AGNRs 的光学性质。