N-type doping of bilayer graphene devices by hydrogen adsorption

학위논문 (석사)-- 서울대학교 대학원 : 물리·천문학부, 2016. 2. 박영우.그래핀의 수소흡착은 전자 도핑과 같은 수송 특성의 변화로 인해 주목을 끈다. 박리형 그래핀의 수소결합에 대한 연구는 현재까지 이루어졌으나 틀어진 이중층 그래핀과 같이 더 높은 자유도가 주어진 이중층 그라핀 시스템의 경우에 대한 특성 연구는 많이 이루어지지 않고 있다. 이 논문에서 우리는 화학기상증착법(CVD)으로 키운, 이중층 그래핀 소자를 고기압의 수소 환경에 노출시켰다. 라만 분광법을 비롯해 전기 전도도 및 제벡 계수 측정법과 같은 전기적 특성 변화를 통해, 층 간 각도에 무관하게 그래핀 표면에서 수소 해리에 의한 흡착 현상에 기인한 n-타입 도핑 현상이 확인되었다. 이 연구 결과를 통해 수소와 결합된 이중층 그래핀 소자의 기능 변화 및 응용성 연구에 도움을 받을 수 있을 것이다.Hydrogenation of graphene have attracted attention due to the modified transport properties such as electron doping. Despite the fact that there has been studies of hydrogenation of exfoliated graphene, there are studies missing for bilayer graphene systems with higher degrees of complexity such as twisted bilayer graphene (tBLG). In this thesis, we fabricated CVD-grown tBLG graphene devices and exposed them into high-pressure pure molecular hydrogen environment. By means of Raman spectroscopy and electrical characterization methods such as electrical transfer curve and Seebeck coefficient (TEP) measurements, the n-type doping behaviour is confirmed regardless of the twisting angle between the layers, suggesting the hydrogen dissociation on the surface of graphene. Our results can be used as an aid for exploring further functionalities of hydrogenated bilayer graphene devices.1.Introduction 1 1.1.Motivation 1 1.1.1.The incursion of carbon in high-performance electronics 1 1.1.2.Outline and purpose of this thesis 4 2 Background 8 2.1 Single layer graphene 8 2.2 Bilayer and twisted bilayer graphene 10 2.3 Doping methods of graphene reviewed 13 3 Fabrication and experimental procedures 18 3.1 Device Fabrication 19 3.1.1 CVD-Growth of twisted bilayer graphene 19 3.1.2 E-beam litography 21 3.1.3 Electrode deposition and graphene etching 22 3.2 Characterization Techniques 23 3.2.1 Raman Spectroscopy 23 3.2.2 Electrical measurements 25 3.3 Hydrogenation of Graphene devices 29 4 N-type doping on CVD-grown twisted bilayer graphene devices by hydrogen adsorption 34 4.1 Identication of CVD-grown twisted bilayer graphene 34 4.2 Transfer curves of graphene devices under hydrogen exposure 38 4.3 Raman spectroscopy of hydrogenated tBLG 40 4.4 TEP measurements of graphene device under hydrogen exposure 42 4.5 Development of device features as hydrogen exposure 44 5 Summary and Conclusion 49 국문 초록 51Maste