Chemical vapor deposited graphene and transition metal dichalcogenide nanoflake heterostructures

 |  Login

Show simple item record

dc.contributor Aalto-yliopisto fi
dc.contributor Aalto University en
dc.contributor.advisor Li, Changfeng
dc.contributor.author Mustonen, Petri
dc.date.accessioned 2017-09-04T12:57:50Z
dc.date.available 2017-09-04T12:57:50Z
dc.date.issued 2017-08-28
dc.identifier.uri https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/27968
dc.description.abstract Transition Metal Dichalcogenides (TMDs) offer new and complementary properties to those of graphene. It is of much interest to manufacture heterostructures of these materials to fully exploit their properties. Traditionally these heterostructures are manufactured by mechanically exfoliating small flakes from large bulk crystal and then manually aligning the flakes. This is a slow and cumbersome process. In this thesis, it is analyzed whether graphene can be directly grown on top of chemically exfoliated TMD flakes via Chemical Vapor Deposition (CVD) on copper substrates in order to significantly increase throughput. At first the thermal stability of the following TMDs were tested: Molybdenum Disulfide (MoS2), Tungsten Disulfide (WS2) and hexagonal Boron Nitride (hBN). It was concluded that only hBN has the thermal stability to be used in a standard methane based CVD graphene process. Initial experiments with chemically exfoliated hBN flakes gave inconclusive results due to the confocal Raman spectrography not offering resolutions high enough to map the surface of the flakes after CVD growth. However, the experiments lead to the conclusion that CVD graphene does not grow under the flakes via intercalation or precipitation. Lorentzian-peak center-position filter was developed to distinguish small hBN nanoflakes from the midst of defective graphene. Mechanically exfoliated hBN flakes were used to overcome the resolution limitation of confocal Raman spectroscopy. The results indicate that CVD graphene can grow on the flakes only if there are defects on the hBN flake surface. However, graphene growth is inconsistent and does not fully cover the flake. en
dc.description.abstract Siirtymämetallidikalkogenidit (TMDt) tarjoavat grafeenia täydentäviä ominaisuuksia ja näiden materiaalien välisillä heterorakenteilla voidaan yhdistää materiaalien parhaita puolia. Tavallisesti heterorakenteiden valmistaminen tapahtuu mekaanisesti eksfolioimalla (kuorimalla) ohuita hiutaleita suuremmasta kiderakenteesta ja manuaalisesti asettamalla hiutaleet paikoilleen. Tämä on hidas ja vaivalloinen prosessi. Tässä työssä tutkitaan grafeenin kasvattamista kaasufaasidepositiolla suoraan kemiallisesti eksfolioitujen TMD-hiutaleiden päälle, mikä onnistuessaan helpottaisi ja nopeuttaisi heterorakenteiden valmistamista. Ensimmäisessä vaiheessa tutkittiin TMD-materiaalien lämpötilakestävyyttä. Tutkitut materiaalit olivat molybdeenidisulfidi (MoS2), wolframdisulfidi (WS2) ja heksagonaalinen boorinitridi (hBN). Osoittautui, että vain hBN kestää korkean lämpötilan, jonka grafeenin kasvatus metaanipohjaisella kaasufaasidepositiolla vaatii. Grafeenin kasvamista kemiallisesti eksfolioitujen nanokokoisten hBN-hiutaleiden pinnalle ei saatu analysoitua, koska työssä käytetyn konfokaalisen Raman-spektroskopian resoluutio ei ollut riittävä hiutaleiden pinnan kuvantamiseen kasvatusprosessin jälkeen. Näitä hBN-hiutaleita pystyttiin kuitenkin hyödyntämään, kun tutkittiin grafeenin kasvua niiden alle. Tulosten perusteella voidaan sanoa, että grafeeni ei kasva nanokokoisten hBN-hiutaleiden alle. Työn ohessa kehitettiin Lorentz-sovitukseen perustuva suodatin, jolla saadaan erotettua toisistaan hBN nanohiutaleet huonolaatuisesta grafeenista. Grafeenin kasvatuksen jatkoanalyysissä käytettiin mekaanisesti eksfolioituja hBN-hiutaleita aikaisemmin mainitun konfokaalisen Raman-spektroskopian resoluutiorajoitteen takia. Jatkoanalyysissä havaittiin, että grafeeni voi kasvaa TMD-hiutaleiden päälle vain, jos niissä on rakenteellisia virheitä. fi
dc.format.extent 54+5
dc.format.mimetype application/pdf en
dc.language.iso en en
dc.title Chemical vapor deposited graphene and transition metal dichalcogenide nanoflake heterostructures en
dc.title Kaasufaasidepositioidun grafeenin ja siirtymämetallidikalkogenidi nanohiutaleiden heterorakenteet fi
dc.type G2 Pro gradu, diplomityö fi
dc.contributor.school Sähkötekniikan korkeakoulu fi
dc.subject.keyword chemical vapor deposition en
dc.subject.keyword transition metal dichalcogenides en
dc.subject.keyword graphene en
dc.subject.keyword heterostructures en
dc.subject.keyword Raman spectroscopy en
dc.identifier.urn URN:NBN:fi:aalto-201709046867
dc.programme.major Advanced Materials and Photonics fi
dc.programme.mcode ELEC3035 fi
dc.type.ontasot Master's thesis en
dc.type.ontasot Diplomityö fi
dc.contributor.supervisor Lipsanen, Harri
dc.programme NanoRad - Master’s Programme in Nano and Radio Sciences (TS2013) fi
dc.ethesisid Aalto 9578
dc.location P1 fi


Files in this item

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record

Search archive


Advanced Search

article-iconSubmit a publication

Browse

My Account