Determining the number of graphene layers by Raman-based Si-peak analysis
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Sähkötekniikan korkeakoulu |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
2016-05-09
Department
Major/Subject
Mikro- ja nanotekniikka
Mcode
S3010
Degree programme
EST - Elektroniikka ja sähkötekniikka (TS2005)
Language
en
Pages
69
Series
Abstract
Raman spectroscopy is the most used and versatile tool in the material characterization of graphene. Wide array of structural information, such as defects, doping, number of layers, stacking order and strain, are simultaneously encompassed in the Raman spectrum. This work focused in determining the number of layers using Raman. The main problem with the current Raman methods using graphene spectrum is that they often saturate and sense the stacking order, being limited to only few-layers of ABA-stacked graphene. This is especially problematic when analysing multilayer chemical vapour deposited graphene, which is often unintentionally randomly stacked. In this work, the Si-peak analysis was developed to address these fundamental limitations. It relies on the silicon peak originating from the substrate, for which the absorption relates to the number of graphene layers. The normalized Sipeak intensity is obtained simultaneously with the Raman analysis of graphene on SiO2/Si-substrate. Model was tested using pristine graphene on 285 nm and 365 nm oxide, bare 0-400 nm oxide and random stacking. The calculated number of layers agreed with the thickness references and were insensitive to graphene properties unlike other tested Raman-based methods. Model was also robust against random stacking, even near the resonant rotational angle, where graphene Raman band changes become difficult to predict. The Si-peak analysis, being virtually immune to variation within graphene, is a promising non-destructive widely applicable method to determine the number of even arbitrarily stacked graphene layers up to 100.Raman-spektroskopia on käytetyin ja monipuolisin työkalu grafeenin karakterisoinnissa. Laaja määrä tietoa rakenteesta, kuten kidevirheet, varauksenkuljettajatiheys, kerroslukumäärä, kerrosorientaatio ja jännitys, voidaan selvittää samasta Raman-spektristä. Tämä työ keskittyi kerroslukumäärien määrittelyyn Ramanilla. Merkittävin ongelma Raman-menetelmissä, jotka hyödyntävät grafeenin spektriä, on se, että ne usein saturoituvat ja ovat herkkiä kerrosorientaatiolle, rajoittuen muutamakerroksiseen ABA-kerrosorientoituun grafeeniin. Tämä on erityisen ongelmallista, kun analysoidaan kaasufaasipinnoituksella tuotettua monikerroksista grafeenia, joka on usein satunnaisesti kerrosorientoitunutta. Tässä työssä kehitettiin Si-piikin analyysi vastaamaan näihin perustavanlaatuisiin rajoituksiin. Piistä tulevan Raman-signaalin voimakkuus riippuu kerroslukumäärästä. Normalisoitu Si-piikin intensiteetti mitataan samanaikaisesti osana grafeenin Raman-spektriä SiO2/Si-substraatilla. Uutta mallia testattiin exfolioidulla grafeenilla, jonka alla on 285 nm ja 365 nm oksidia, paljaalla 0-400 nm:n oksidilla ja satunnaisella kerrosorientaatiolla. Mallin perusteella saadut kerroslukumäärät vastasivat vertailuarvoja, eivätkä olleet herkkiä grafeenin ominaisuuksille muiden Raman-pohjaisten menetelmien tavoin. Malli toimii myös satunnaisen kerrosorientaation tapauksessa, jopa lähellä resonanssia olevaa kiertokulmaa, jossa grafeenin Raman-piikkien muutokset ovat vaikeasti ennustettavissa. Työssä kehitetty Si-piikin intensiteettiin perustuva analyysi on lupaava näytteelle haitaton ja laajalti käyttökelpoinen menetelmä jopa mielivaltaisesti kerrosorientoituneen grafeenin paksuusmäärittelyyn aina sataan kerrokseen asti.Description
Supervisor
Lipsanen, HarriThesis advisor
Riikonen, JuhaKeywords
graphene, Raman spectroscopy, number of layers, thickness, Si-peak