Master's Thesis

The preparation and characterisation of electrical properties of graphene CVD monocrystals

Final Thesis 6.71 MB

Author of thesis: Ing. Jan Hulva

Acad. year: 2013/2014

Supervisor: doc. Ing. Jindřich Mach, Ph.D.

Reviewer: prof. RNDr. Bohuslav Rezek, Ph.D.

Abstract:

Chemical Vapor Deposition (CVD) of graphene is the method of graphene synthesis
capable of producing predominantly single layer graphene of large area. Part of
the experimental work of this thesis is focused on the deposition and analysis of
single-crystalline graphene domains grown by CVD on a copper foil. These domains
are analyzed by the optical microscopy, scanning electron microscopy, atomic force
microscopy and Raman spectroscopy. The next part of the work was devoted to iden-
tification of defects present on the Cu foil after the deposition of graphene by means
of energy dispersive X-ray spectroscopy. The amount of the defects was reduced by
the adjustment of the deposition system although not all types of the defects were
completely removed. Electronic transport properties of deposited graphene layers
were performed in the last part. The results contain measurement of graphene in
vacuum with applied back gate voltage and low temperature measurement with
applied magnetic field.

Keywords:

graphene, chemical vapor deposition, copper substrate, electronic transport proper-
ties

Date of defence

23.06.2014

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Language of thesis

English

Faculty

Department

Study programme

Applied Sciences in Engineering (N3901-2)

Field of study

Physical Engineering and Nanotechnology (M-FIN)

Composition of Committee

prof. RNDr. Tomáš Šikola, CSc. (předseda)
prof. RNDr. Miroslav Liška, DrSc. (místopředseda)
prof. RNDr. Bohumila Lencová, CSc. (člen)
prof. RNDr. Jiří Komrska, CSc. (člen)
prof. RNDr. Petr Dub, CSc. (člen)
prof. RNDr. Radim Chmelík, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Jiří Spousta, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Ivan Křupka, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Pavel Zemánek, Ph.D. (člen)
RNDr. Antonín Fejfar, CSc. (člen)

Supervisor’s report
doc. Ing. Jindřich Mach, Ph.D.

Student se v rámci diplomové práce aktivně podílel na realizaci experimentů směřujících k měření elektrických vlastností grafenových struktur. V rámci diplomové práce byly připraveny CVD poly- a monokrystalické grafenové vrstvy. Pomocí elektronové litografie byly tyto vrstvy vhodným způsobem kontaktovány, což umožnilo měření elektrických vlastností za nízkých teplot i v UHV podmínkách. Připravená grafenová struktura byla analyzována pomocí SEM, EDX a Ramanovy spektroskopie. Dále student samostatně sestavil a připravil měření elektrických vlastností grafenu v UHV podmínkách. Výše uvedené zařízení v budoucnosti umožní měření elektrických vlastností grafenové vrstvy během depozice různých materiálů (Ga, N+2). Část výsledků byla publikována v odborném časopise Jemná Mechanika Optika (JMO). Práce studenta byla intenzivní, samostatná a přesahovala rámec zadání. Proto lze konstatovat, že student splnil všechny úkoly zadání, projevoval nadměrný zájem o danou problematiku a při práci si počínal snaživě.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosažené vysledky a vyvozovat z nich závěry B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací A
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Grade proposed by supervisor: A

Práce je celkově velmi pěkně a přehledně zpracována, jak obsahově tak v grafické úpravě. Rešeršní část je výborně zpracována, správně uvádí a diskutuje řadu poznatků o růstu a vlastnostech grafénu. Současně jsou přehledně a výstižně popsány použité charakterizační metody, které jsou adekvátní pro prováděný výzkum. Práce uvádí celou řadu relevantních odkazů na literaturu v textu i u obrázků, což je velmi přínosné a působí profesionálním dojmem. Vysoce kladně hodnotím i shrnující závěry z rešerše a motivaci pro stávající práci (str.20). Tato část práce tak představuje vynikající základ pro vlastní výzkumnou práci. Student následně prezentuje řadu vlastních originálních měření a výpočtů. Velmi vysoce zde hodnotím otevřený přístup k problémům (viz. např. kontaminace grafénu, gate leakage, apod.), jejich diskuzi a postup s jejich řešením. To je jedním z významných přínosů této práce. Drobnými nedostatky jsou např. chybějící škála u Ramanovských map a nejasná role elektrických kontaktů. Toho se týkají i moje otázky k práci. Přínosná by také byla ucelená diskuze výsledků kromě dílčích diskuzí v jednotlivých částech. Celkově diplomant, dle mého názoru, zcela jasně naplnil cíle práce a plně doporučuji tuto práci k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosaž. vysledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti B
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací A
Topics for thesis defence:
  1. 1) Jaké jsou fluktuace Ramanova 2D peaku v mapách na grafénu (chybí barevná škála)? Reprezentuje intenzita 2D peaku dostatečně kvalitu grafénu, nebo jsou vhodnější nějaké jiné charakteristiky, jako např. poměry peaků nebo jejich šířka? Jaký vliv na fluktuace 2D peaku má zvolená excitační vlnová délka? 2) Jaký vliv na elektrické měření mělo umístění kontaktu pod/nad grafénem? V jaké konfiguraci jsou uvedená elektrická měření provedena? Co je důvodem nesymetrické charakteristiky kolem Diracova bodu? 3) Co je důvodem snížené pohyblivosti nosičů náboje po žíhání vzorků ve vakuu? Předpokládané dopanty na povrchu grafénu jsou sníženy, takže rozptyl při průchodu proudu grafénem by měl být nižší a pohyblivost vyšší při menší koncentraci děr v grafénu. Může to být například nějakým efektem na defektech a hranicích domén?

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová