OTDK 2011. ápr. 27-29. 29. Tóvári Endre Grafén nanoszalagok előáll llítása Témavezető: : Dr. Csonka Szabolcs BME TTK Fizika Tanszék MTA MFA
Tóvári Endre: Grafén nanoszalagok előállítása OTDK 2011 2 Tartalom bevezetés: a grafénról általában grafén nanoszalagok készítése az elektronsugaras litográfia és az ún. karbotermikus marás ötvözése e- sugár grafénszalag reziszt (PMMA) szubsztrát (Si, SiO 2 ) SiO 2
Tóvári Endre: Grafén nanoszalagok előállítása OTDK 2011 3 Bevezetés grafén felfedezése: 2004, A. Geim, K. Novoselov nagy szabad úthossz és mobilitás (akár 10 6 cm 2 V -1 s -1 ) a jövő elektronikai anyaga lehet 2010 Nobel-díj növesztés: egyre jobb technikák http://www.tntconf.org/2010/presentaciones/tnt2010_geim.pdf A. H. Castro Neto et al., RevModPhys Vol 81, Jan.-March 2009
Tóvári Endre: Grafén nanoszalagok előállítása OTDK 2011 4 Bevezetés grafén felfedezése: 2004, A. Geim, K. Novoselov nagy szabad úthossz és mobilitás (akár 10 6 cm 2 V -1 s -1 ) a jövő elektronikai anyaga lehet W=1,4 nm 2010 Nobel-díj növesztés: egyre jobb technikák De nincs tiltott sáv! szalagok készítése d a =0,43 Å Son et al., PhysRevLetters 97, 216803 (2006) http://physicsworld.com/cws/article/news/39035 A. H. Castro Neto et al., RevModPhys Vol 81, Jan.-March 2009
Tóvári Endre: Grafén nanoszalagok előállítása OTDK 2011 5 Grafén nanoszalagok készítése STM-litográfia(STL) Nanorészecskés marás 100 nm Anizotrop plazmamarás Elektronsugaras litográfia (EBL) Karbotermikus marás (CTE) Tapasztó et al., Nature Nanotech Vol.3 July 2008 Biró, Lambin, CARBON 48 (2010) 2677 2689 R. Yang et al., Adv. Mater. 2010, 22, 4014 4019 Özyilmaz et al., Appl. Phys. Lett. 91, 192107 2007 Nemes-Incze et al., Nano Research (2010) 3: 110 116
Tóvári Endre: Grafén nanoszalagok előállítása OTDK 2011 6 Grafén nanoszalagok készítése Elektronsugaras litográfia (EBL) Karbotermikus marás (CTE) 25 μm
Tóvári Endre: Grafén nanoszalagok előállítása OTDK 2011 7 Grafén nanoszalagok készítése Elektronsugaras litográfia (EBL) Özyilmaz et al., Appl. Phys. Lett. 91, 192107 2007 Karbotermikus marás (CTE) Gyors, de a perem szabálytalan: nagy visszaszórás a gap nagyon érzékeny a perem alakjára
Tóvári Endre: Grafén nanoszalagok előállítása OTDK 2011 8 Grafén nanoszalagok készítése Elektronsugaras litográfia (EBL) Karbotermikus marás (CTE) Özyilmaz et al., Appl. Phys. Lett. 91, 192107 2007 Gyors, de a perem szabálytalan: nagy visszaszórás a gap nagyon érzékeny a perem alakjára
Tóvári Endre: Grafén nanoszalagok előállítása OTDK 2011 9 Grafén nanoszalagok készítése Elektronsugaras litográfia (EBL) Karbotermikus marás (CTE) Özyilmaz et al., Appl. Phys. Lett. 91, 192107 2007 zigzag Gyors, de a perem szabálytalan: nagy visszaszórás a gap nagyon érzékeny a perem alakjára 700 C 2 argonáram SiO +C SiO(g)+CO(g) Szabályos cikkcakk perem, de AFM-indentáció: lassú 35 nm P. Nemes-Incze, G. Magda, K. Kamarás, L. P. Biró, Nano Research (2010) 3: 110 116
Tóvári Endre: Grafén nanoszalagok előállítása OTDK 2011 10 Grafén nanoszalagok készítése Elektronsugaras litográfia (EBL) Karbotermikus marás (CTE) Özyilmaz et al., Appl. Phys. Lett. 91, 192107 2007 zigzag Gyors Szabályos 700 C 2 argonáram TDK munkám célja: nanoszalagok készítése EBL és CTE ötvözésével SiO +C SiO(g)+CO(g) 35 nm P. Nemes-Incze, G. Magda, K. Kamarás, L. P. Biró, Nano Research (2010) 3: 110 116
Tóvári Endre: Grafén nanoszalagok előállítása OTDK 2011 11 EBL és CTE ötvözése I. lyukak litografálása (pozitív) rezisztbe II. lyukak égetése a grafénba plazmával III. anizotrop karbotermikus marás (CTE) reziszt (PMMA) grafén nanoszalagok SiO 2 Litográfia Plazmázás Karbotermikus marás
Tóvári Endre: Grafén nanoszalagok előállítása OTDK 2011 12 EBL és CTE ötvözése I. lyukak litografálása (pozitív) rezisztbe II. lyukak égetése a grafénba plazmával III. anizotrop karbotermikus marás (CTE) reziszt (PMMA) grafén A probléma: szerves szennyezők. nanoszalagok? SiO 2 Litográfia Plazmázás Karbotermikus marás
Tóvári Endre: Grafén nanoszalagok előállítása OTDK 2011 13 I. Litográfia I. lyukak litografálása (pozitív) rezisztbe reziszt (PMMA) 300 nm 300 nm 56 nm Litográfia
Tóvári Endre: Grafén nanoszalagok előállítása OTDK 2011 14 II. Plazmázás I. lyukak litografálása (pozitív) rezisztbe II. lyukak égetése a grafénba plazmával reziszt (PMMA) grafén Litográfia Plazmázás
Tóvári Endre: Grafén nanoszalagok előállítása OTDK 2011 15 II. Plazmázás átalakított mikrohullámú sütő vákuumrendszerrel és gázellátással
Tóvári Endre: Grafén nanoszalagok előállítása OTDK 2011 16 II. Plazmázás O 2- O 2- O 2- O 2- O 2- O 2- O 2- Oxigénplazma A grafén csak ott maródott, ahol védtelen volt a pereme. Hibahelyeket kell kelteni, hogy a lyukakban is meginduljon az oxidáció.
Tóvári Endre: Grafén nanoszalagok előállítása OTDK 2011 17 Ar + Ar + Ar + Ar + II. Plazmázás és ionágyú Hibahelyek: argonion-ágyúval Ar + O 2- Ar + Ar + Ar + Ar + O 2- O 2- Ar+O plazma Többrétegű grafénban is sikerült lyukakat létrehozni. maszkleoldás Szennyezett!
Tóvári Endre: Grafén nanoszalagok előállítása OTDK 2011 18 EBL és CTE ötvözése I. lyukak litografálása (pozitív) rezisztbe II. lyukak égetése a grafénba plazmával III. anizotróp karbotermikus marás (CTE) reziszt (PMMA) szerves szennyezők grafén? SiO 2 Litográfia Plazmázás Karbotermikus marás
Tóvári Endre: Grafén nanoszalagok előállítása OTDK 2011 19 III. Karbotermikus marás (CTE) Tisztító hőkezelés 1 óra, 300 C, Ar 1 μm
Tóvári Endre: Grafén nanoszalagok előállítása OTDK 2011 20 III. Karbotermikus marás (CTE) Tisztító hőkezelés 1 óra, 300 C, Ar CTE 2óra, 720 C, Ar 1 μm 1 μm
Tóvári Endre: Grafén nanoszalagok előállítása OTDK 2011 21 III. Karbotermikus marás (CTE) 1. 1. 2. 2. 120 1 μm 1 μm 1. 200 nm 2 óra +2 óra 200 nm 2. 500 nm ionágyú nélkül
Tóvári Endre: Grafén nanoszalagok előállítása OTDK 2011 22 Összefoglalás elektronsugaras litográfia és karbotermikus marás ötvözése (EBL és CTE): 200 nm 200 nm következő lépés: áramkörök elektronsugaras litográfiával, majd mérések 25 μm biztató eredmények
Tóvári Endre: Grafén nanoszalagok előállítása OTDK 2011 23 Kitekintés Szabályos cikkcakk nanoszalagok további jelentősége: molekuláris elektronika ferromágneses élállapotok (spintronika) e/å 2 hibrid kvantumelektronika: Cooper-pár feltörő (kvantumszámítógép) Y.-W. Son, M. L. Cohen, S. G. Louie, Nature Letters, Vol. 444, 16 November 2006
Köszönöm a figyelmet! Köszönettel tartozom Csonka Szabolcsnak (BME), valamint Neumann Péternek, Nemes-Incze Péternek, Biró László Péternek a Műszaki Fizikai és Anyagtudományi Kutatóintézetből (MTA MFA), Kamarás Katalinnak (MTA SZFKI), Fülöp Gergőnek és Magda Gábornak (BME).
Tóvári Endre: Grafén nanoszalagok előállítása OTDK 2011 25 Y.-W. Son, M. L. Cohen, S. G. Louie, Nature Letters, Vol. 444, 16 November 2006
Tóvári Endre: Grafén nanoszalagok előállítása OTDK 2011 26 25 μm Optikai mikroszkóp: kontraszt, megfelelő oxidvastagságnál P. Blake et al., Applied Physics Letters 91, 063124 (2007)
Tóvári Endre: Grafén nanoszalagok előállítása OTDK 2011 27 AFM Raman 10 μm 10000 8000 1 2 3 Intenzitás 6000 4000 2000 1 μm 0 2600 2650 2700 2750 2800 k (cm -1 ) http://www.farmfak.uu.se/farm/farmfyskem-web/instrumentation/afm.shtml http://www.semrock.com/technicalinformation/tn_raman_filtertypes/ L.M. Malard et al., Physics Reports 473 (2009) 5187
Tóvári Endre: Grafén nanoszalagok előállítása OTDK 2011 28 B.Krauss, P. Nemes-Incze, V. Skakalova, L. P. Biro, K. von Klitzing, J. H. Smet, DOI: 10.1021/nl102526s Nano Lett.
Tóvári Endre: Grafén nanoszalagok előállítása OTDK 2011 29 R. Yang et al., Adv. Mater. 2010, 22, 4014 4019
Tóvári Endre: Grafén nanoszalagok előállítása OTDK 2011 30 25 μm