ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН English Войти Подать статью
Журнал радиоэлектроники Электронный научный журнал · eISSN 1684-1719
2020, № 3 · ТВЕРДОТЕЛЬНАЯ ЭЛЕКТРОНИКА

Исследование влияния подслоя графена на морфологию, оптические и электрические свойства тонких медных пленок

Д.И. Якубовский1, Р.В. Киртаев1

1 Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет), Долгопрудный, Россия
Полный текст (PDF) DOI: 10.30898/1684-1719.2020.3.14 УДК 535.016 EDN ZSGHVR

Аннотация

Монослой графена является перспективным функциональным материалом в различных устройствах нано- и оптоэлектроники. Известно, что кинетика роста металлов на поверхности графена может существенно отличаться от роста на обычных подложках, что может стать ограничением для получения сплошных тонких пленок металлов. Изучение процесса роста тонких пленок металлов на графене и исследование их свойств представляется важным для разработки технологии создания графен-металлических структур. В данной работе изучены оптические, электрические свойства и морфология тонких пленок меди на подслое графена и проведено сравнение их свойств с аналогичными пленками меди, осажденными на стекло. Показано, что рост меди на графене приводит к образованию наночастиц, размер которых можно контролировать с помощью изменения температуры подложки. В работе также демонстрируется способ осаждения сплошных тонких пленок меди на графене.

  • тонкие пленки
  • графен
  • диэлектрическая проницаемость
  • эллипсометрия
  • thin films
  • graphene
  • dielectric permittivity
  • ellipsometry
Abstract (in English)

Study of the influence of graphene sublayer on the morphology, optical and electrical properties of thin copper films

In recent time, the graphene monolayer is a widely used functional material in various devices of nano- and optoelectronics. It is known that the kinetics of metal growth on graphene surface can significantly differ from the growth on a conventional substrates (Si, glass), which can be a restriction for the fabrication of continuous thin metal films. Therefore, the study of the growth processes of thin films of metal on graphene and the study of their properties are important for the development of graphene-metal multilayer structures fabrication. In this paper, we study the optical, electrical properties and structural morphology of thin copper films on graphene and compare them with copper films of the same thickness on glass substrate. It was shown that the growth of copper on graphene leads to the formation of nanoparticles, which size can be controlled by the modification of substrate temperature. In this paper we also demonstrate the method of deposition of continuous thin copper films on graphene.

Для цитирования

Якубовский Д.И., Киртаев Р.В. Исследование влияния подслоя графена на морфологию, оптические и электрические свойства тонких медных пленок // Журнал радиоэлектроники. – 2020. – № 3. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2020.3.14

Литература

  1. Yun J., Ultrathin Metal films for Transparent Electrodes of Flexible Optoelectronic Devices. Adv. Funct. Mater. 2017. Vol. 27. P. 1606641.
  2. Fang X., Mak C.L., Dai J., Li K., Ye H., Leung C.W. ITO/Au/ITO Sandwich Structure for Near-Infrared Plasmonics. ACS Appl. Mater. Interfaces. 2014. Vol. 6. P. 15743-15752.
  3. Kossoy A., Merk V., Simakov D., Leosson K., Kéna-Cohen S., MaierS.A. Optical and Structural Properties of Ultra-thin Gold Films. Adv. Optical Mater. 2015. Vol. 7. P. 71-77.
  4. Malureanu R., Lavrinenko A. Ultra-thin films for plasmonics: A technology overview. Nanotechnol. Rev. 2015. Vol. 4. P. 1-17.
  5. Grigorenko A.N., Polini M., Novoselov K.S. Graphene plasmonics. Nature Photon. 2012. Vol. 6. P. 749-758.
  6. Li X., Zhu J., Wei B. Hybrid nanostructures of metal/two-dimensional nanomaterials for plasmon-enhanced applications. Chem. Soc. Rev. 2016. Vol. 45. P. 3145.
  7. Yakubovsky D.I., Stebunov Y.V., Kirtaev R.V., Ermolaev G.A., Mironov M.S., Novikov S.M., Arsenin A.V., Volkov V.S. Ultrathin and Ultrasmooth Gold Films on Monolayer MoS2. Adv. Mater. Interfaces. 2019. Vol. 6. P. 1900196.
  8. Geim A.K., Novoselov K.S. The rise of grapheme. Nat. Mater. 2007. Vol. 6. P. 183-191.
  9. Echtermeyer T.J., Britnell L., Jasnos P.K., Lombardo A., Gorbachev R.V., Grigorenko A.N., Geim A.K., Ferrari A.C., Novoselov K.S. Strong plasmonic enhancement of photovoltage in grapheme. Nat. Commun. 2011. Vol. 2. P. 458.
  10. Fang Z., Liu Z., Wang Y., Ajayan P.M., Nordlander P., Halas N.J. Graphene-antenna sandwich photodetector. Nano Lett. 2012. Vol. 12. P. 3808-3813.
  11. Ruffino F., Giannazzo F. A review on metal nanoparticles nucleation and growth on/in graphene. Crystals. 2017. Vol. 7. P. 219.
  12. Zhou H., Qiu C., Liu Z., Yang H., Hu L., Liu J., Gu G., Sun L. Thickness-dependent morphologies of gold on N-layer graphenes. J. Am. Chem. Soc.- 2009. Vol. 32. P. 944-946.
  13. Hodas M., Siffalovic P., Jergel M., Pelletta M., Halahovets Y., Vegso K., Kotlar M., Majkova E. Kinetics of copper growth on graphene revealed by time-resolved small-angle x-ray scattering. Phys. Rev. B. 2017. Vol. 95. P. 035424.
  14. Yakubovsky D.I., Stebunov Y.V., Kirtaev R.V., Voronin K.V., Voronov A.A., Arsenin A.V., Volkov V.S. Graphene-Supported Thin Metal Films for Nanophotonics and Optoelectronics. Nanomaterials. 2018. Vol. 8(12).
  15. Tatarkin DE., Yakubovsky D.I., Ermolaev G.A., Stebunov Y.V., Voronov A.A., Arsenin A.V, Volkov V.S., Novikov S.M. Surface-Enhanced Raman Spectroscopy on Hybrid Graphene/Gold Substrates near the Percolation Threshold. Nanomaterials. 2020. Vol. 10. P. 164.