SUBSTRATE CLEANING APPROACHES FOR GRAPHENE SYNTHESIS

Öz

   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.

Anahtar Kelimeler

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

GRAFEN SENTEZİ İÇİN ALT-TAŞ TEMİZLEME YAKLAŞIMLARI

Öz

   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.

Anahtar Kelimeler

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

Kaynakça

1. [1] GEIM A.K., NOVOSELOV K.S., The rise of graphene, Nature materials, 6, 183, 2007.
2. [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. [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. [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. [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. [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. [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. [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. [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. [10] https://www.inrf.uci.edu/wordpress/wp-content/uploads/sop-wet-silicon-rca-1.pdf
11. [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.