Simultaneous synthesis of diamond on graphene for electronic application

Abstract

Neste trabalho é descrito o estudo de estruturas híbridas de grafeno e diamante nano-cristalino (GDH) sintetizadas por deposição química em fase vapor por plasma de micro-ondas (MPCVD) em cobre. Foram investigadas técnicas de controlo da nucleação do diamante nano-cristalino, tendo sido encontrados dois processos com sucesso. Procedeu-se ainda à caracterização estrutural, morfológica e ótica das amostras por análise de SEM, TEM, AFM, EFM, medidas de transmitância UV-Vis e espetroscopia de Raman. A avaliação das propriedades de transporte destes materiais foi efetuada pela medição da curva de transferência de transístores de efeito de campo produzidos para o efeito, sendo os GDHs produzidos o material ativo do canal. Foram observadas baixas mobilidades devido à hidrogenação do grafeno. Em linha com resultados teóricos da literatura, foram encontradas evidências de abertura do hiato energético do grafeno, um potencial desenvolvimento para a aplicação em dispositivos de comutação lógica.

In this work, hybrid structures of graphene and nano-crystalline diamond (GDH) produced by microwave plasma chemical vapor deposition (MPCVD) in copper substrates are studied. The control of the diamond clusters nucleation was investigated, having two different approaches been identified as promising. Structural, morphological and optical characterization was carried out by SEM, TEM, AFM, EFM, UV-Vis transmittance, and Raman spectroscopy. The transport properties of this material were analyzed through the transfer curve of field-effect transistors with GDH channels. Low mobilities were found due to graphene hydrogenation. In line with theoretical studies, evidences were found of graphene band gap opening, a potential breakthrough for the development of logical switching devices.