SUBSTRATE CLEANING APPROACHES FOR GRAPHENE SYNTHESIS

Year 2019, , 559 - 566, 28.01.2019

Ali Altuntepe M. Fevzi Öztürk Emre Kartal , Ayşe Seyhan Recep Zan

https://doi.org/10.28948/ngumuh.517196

Abstract

   Grafen, one of the most intriguing and
intensively researched materials in the field of nanotechnology in recent
years, has a wide range of applications from opto-electronics to medical
applications due to its such superior properties as high electrical and thermal
conductivity, transparency and high strength. One of the most preferred methods
in grafen synthesis is the chemical vapor deposition technique and many
parameters such as gasses, substrates, substrate cleaning, temperature, growth
time, annealing time, cooling rate and pressure, which are used in this
technique, are effective in graphene synthesis. One of the most crucial factors
that directly affects the synthesis process among these parameters is the
selection of substrate and the cleaning process. In the present study, copper
was used as a substrate and the impact of surface cleaning on graphene
synthesis was examined in detail. Accordingly, the four different surface
cleaning processes known in the literature have been applied to copper foils used
in graphene synthesis and the obtained results are presented. As a result, the
most effective methods to facilitate and improve the synthesis of graphene in
substrate cleaning was determined to be HF and standard cleaning and
single-layer homogeneous graphene synthesis was performed with these methods.
However, few layered and non-homogenous graphene films were obtained with
applying other cleaning approaches ahead of the growth.

Keywords

Graphene, CVD, Raman spectroscopy, Substrate cleaning, HF, Standard cleaning

GRAFEN SENTEZİ İÇİN ALT-TAŞ TEMİZLEME YAKLAŞIMLARI

Abstract

   Son yılların nanoteknoloji alanında en ilgi
çekici ve en yoğun araştırılan malzemelerinden bir tanesi olan grafen; yüksek
elektrik ve ısı iletkenliği, saydamlık ve yüksek dayanım gibi birçok üstün
özellikleri ile opto-elektronikten medikal uygulamalara kadar geniş bir
yelpazede kullanım alanına sahiptir. Grafen sentezinde en sık tercih edilen
yöntemlerden biri kimyasal buhar biriktirme tekniği olup, bu teknikte
kullanılan gazlar, alt-taş, alt-taş temizliği, sıcaklık, büyütme süresi,
tavlama süresi, soğutma hızı ve basınç gibi birçok parametre grafen sentezinde
etkilidir. Bu parametreler arasında sentez sürecini direkt olarak etkileyen en
önemli faktörlerden bir tanesi alt-taş seçimi ve bunun temizlenme sürecidir. Bu
çalışmada alt-taş olarak bakır tercih edilmiş olup, yüzey temizliğinin grafen
sentezine olan etkisi detaylı olarak araştırılmıştır. Bu anlamda literatürde bilinen
dört farklı yüzey temizleme işlemi, grafen sentezinde kullanılan bakır folyolar
için uygulanmış ve elde edilen sonuçlar ortaya konmuştur. Sonuç olarak alt-taş
temizliğinde grafen sentezini kolaylaştıran ve iyileştiren en etkili
yöntemlerin HF ile standart temizleme yöntemi olduğu belirlenmiş ve bu
yöntemlerle tek katlı homojen grafen sentezi gerçekleştirilmiştir. Diğer
temizleme yöntemleri sonrası yapılan sentezde genellikle çok katmanlı ve
homojen olmayan grafen filmler elde edilmiştir.

Keywords

Grafen, CVD, Raman spektroskopisi, Alt-taş temizliği, HF, Standart temizlik

References

• [1] GEIM A.K., NOVOSELOV K.S., The rise of graphene, Nature materials, 6, 183, 2007.
• [2] AGO H., OGAWA Y., TSUJİ M., MIZUNO S., HİBİNO H., Catalytic growth of graphene: toward large- area single-crystalline graphene, The journal of physical chemistry letters, 3, 2228-2236, 2012.
• [3] Lİ X., CAI W., AN J., KIM S., NAH J., YANG D., PİNER R., VELAMAKANNI A., JUNG I., TUTUC E., Large-area synthesis of high-quality and uniform graphene films on copper foils, Science, 324, 1312-1314, 2009.
• [4] LIANG X., SPERLING B.A., CALİZO I., CHENG G., HACKER C.A., ZHANG Q., OBENG Y., YAN K., PENG H., LI Q., Toward clean and crackless transfer of graphene, ACS nano, 5, 9144-9153, 2011.
• [5] KIM S.M., HSU A., LEE Y.-H., DRESSELHAUS M., PALACIOS T., KIM K.K., KONG J., The effect of copper pre-cleaning on graphene synthesis, Nanotechnology, 24, 365602, 2013.
• [6] IBRAHIM A., NADHREEN G., AKHTAR S., KAFİAHF M., LAOUİ T., Study of the impact of chemical etching on Cu surface morphology, graphene growth and transfer on SiO2/Si substrate, Carbon, 123, 402-414, 2017.
• [7] FERRARI A.C., MEYER J., SCARDACI V., CASİRAGHI C., LAZZERI M., MAURI F., PISCANEC S., JIANG D., NOVOSELOV K., ROTH S., Raman spectrum of graphene and graphene layers, Physical review letters, 97, 187401, 2006.
• [8] HAO Y., WANG Y., WANG L., NI Z., WANG Z., WANG R., KOO C.K., Z. SHEN, J.T. THONG, Probing layer number and stacking order of few‐layer graphene by Raman spectroscopy, small, 6, 195-200, 2010.
• [9] CAPASSO A., DIKONIMOS T., SARTO F., TAMBURRANO A., DE BELLIS G., SARTO M.S., FAGGIO G., MALARA A., MESSİNA G., LISI N., Nitrogen-doped graphene films from chemical vapor deposition of pyridine: influence of process parameters on the electrical and optical properties, Beilstein journal of nanotechnology, 6, 2028, 2015.
• [10] https://www.inrf.uci.edu/wordpress/wp-content/uploads/sop-wet-silicon-rca-1.pdf
• [11] MAGNUSON C.W., KONG X., JI H., TAN C., LI H., PİNER R., VENTRICE C.A., RUOFF R.S., Copper oxide as a “self-cleaning” substrate for graphene growth, Journal of Materials Research, 29, 403-409 2014.