Original Article
  • Measurements of the Adhesion Energy of CVD-grown Monolayer Graphene on Dielectric Substrates

  • Bong Hyun Seo*, Yonas Tsegaye Megra**, Ji Won Suk***†

  • * School of Mechanical Engineering, Sungkyunkwan University, Korea
    ** School of Mechanical Engineering, Department of Smart Feb. Technology
    *** School of Mechanical Engineering, Department of Smart Feb. Technology, SKKU Advanced Institute of Nano Technology (SAINT), Sungkyunkwan University, Korea

  • 단일층 CVD 그래핀과 유전체 사이의 접착에너지 측정

  • 서봉현* · Yonas Tsegaye Megra** · 석지원***†

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Abstract

To enhance the performance of graphene-based devices, it is of great importance to better understand the interfacial interaction of graphene with its underlying substrates. In this study, the adhesion energy of monolayer graphene placed on dielectric substrates was characterized using mode I fracture tests. Large-area monolayer graphene was synthesized on copper foil using chemical vapor deposition (CVD) with methane and hydrogen. The synthesized graphene was placed on target dielectric substrates using polymer-assisted wet transfer technique. The monolayer graphene placed on a substrate was mechanically delaminated from the dielectric substrate by mode I fracture tests using double cantilever beam configuration. The obtained force-displacement curves were analyzed to estimate the adhesion energies, showing 1.13 ± 0.12 J/m2 for silicon dioxide and 2.90 ± 0.08 J/m2 for silicon nitride. This work provides the quantitative measurement of the interfacial interactions of CVD-grown graphene with dielectric substrates


그래핀 기반 소자의 성능을 개선하기 위해서는 그래핀과 기판 사이의 계면 상호 작용을 이해하는 것이 중요하다. 본 연구에서는 유전체 기판에 놓인 단일층 그래핀의 접착에너지를 모드 I 시험을 통해 측정하였다. 메탄과 수소 가스 분위기에서 화학기상증착법(CVD)을 통해 구리 포일 위에 대면적 단일층 그래핀을 합성하였다. 합성한 그래핀을 폴리머를 이용한 습식 전사 공정을 통해 유전체 기판 위에 전사하였다. 이중외팔보 형상을 이용한 모드 I 시험을 통해 기판 위에 올려진 그래핀을 기계적으로 박리하였다. 이 때, 얻어지는 힘-변위 곡선을 분석하여 접착에너지를 평가하였는데, 산화실리콘 기판에 대해서는 1.13 ± 0.12 J/m2, 질화실리콘 기판에 대해서는 2.90 ± 0.08 J/m2의 접착에너지를 나타냈다. 본 연구를 통해 유전체 기판 위에 올려진 CVD 그래핀의 계면 상호 작용력에 대해 정량적인 측정을 진행하였다


Keywords: 그래핀(Graphene), 접착에너지(Adhesion energy), 파괴역학(Fracture mechanics), 화학기상증착법(Chemical vapor deposition)

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Correspondence to

  • Ji Won Suk

  • School of Mechanical Engineering, Department of Smart Feb. Technology, SKKU Advanced Institute of Nano Technology (SAINT), Sungkyunkwan University, Korea

  • E-mail: jwsuk@skku.edu