Production and characterization of thin carbon films by Sputtering technique to obtain graphene.

Considerando a importância do grafeno e a escassez na literatura sobre a técnica de sputtering para fabricação de grafeno multicamadas, consideramos importante o desenvolvimento de novas tecnologias para produção de filmes de C. Este trabalho teve como objetivo estudar a produção de filmes de C (com alvo de carbono com pureza de 99,999%) utilizando a técnica de sputtering para produção de grafeno. O cobalto foi usado como buffer-layer e foi depositado diretamente sobre um substrato de Si, com orientação . Filmes finos de carbono foram depositados no buffer-layer de Co durante diferentes intervalos de tempos: 1, 5, 10, 15, 30 e 60 minutos. Carbono e cobalto foram depositados a 400 ºC. No entanto filmes de C também foram depositados por 60 minutos, em temperatura ambiente, seguido de tratamento térmico a 500 ºC. Os filmes finos foram caracterizados por medidas de espectroscopia Raman, por medidas de força atômica e por microscopia eletrônica de transmissão. Foram realizadas medidas de caracterização óptica de transmissão em função da intensidade de entrada, que mostraram que os filmes finos são candidatos para aplicações em limitação óptica, em regime contínuo. O buffer-layer de Co apresentou espessura de aproximadamente 55 nm e o filme de carbono, espessura de aproximadamente 0,9 nm (para tempo de deposição de 1 minuto). Os resultados mostraram a formação da banda 2D na maioria dos casos e a presença das bandas D e G, sem nenhuma sobreposição, para os filmes que não foram tratados após a deposição. Com relação às intensidades relativas das bandas D e G, notamos que a banda D supera a banda G em quase todos os casos. Destacamos o maior valor de 1,22 para a amostra com o tempo de deposição de 5 minutos. Pudemos notar a presença de multicamadas de grafeno por meio de medidas de microscopia eletrônica de transmissão para as amostras depositadas por 1, 10 e 60 minutos. Em todos os casos foi possível observar a distância interplanar de 0,35 nm correspondente ao plano cristalino (002) característico do grafeno. Os resultados de transmitância indicam a presença de comportamento não linear para todos os casos, para excitação em 980 nm. Este é o primeiro trabalho que faz estudos desta natureza em 980 nm usando o laser CW de baixa intensidade. Devido à versatilidade e simplicidade da técnica de sputtering para produzir filmes de C cristalino de dimensões bem controladas, consideramos que os presentes resultados abrem novas perspectivas para aplicações em fotônica ainda não exploradas na literatura.Considering the importance of graphene and the lack in the literature regarding the sputtering technique for multilayer graphene fabrication, we consider that it is important to develop new technologies for production of graphene films. This work aimed to study the production of carbon films (with a carbon target with a purity of 99.999%) using the sputtering technique for graphene production. Cobalt was used as a buffer-layer and was deposited directly onto a Si substrate, with orientation. Carbon thin films were deposited on the Co buffer-layer during different times 1, 5, 10, 15, 30 and 60 minutes. Carbon and cobalt were deposited at 400 ºC. However, carbon films were also deposited for 60 minutes, at room temperature, and followed by annealing at 500 ºC. The thin films were characterized by Raman spectroscopy measurements, by atomic force measurements and by transmission electron microscopy. Measurements of optical characterization of transmission as a function of input intensity were performed, which showed that thin films are candidates for applications in optical limitation in continuous regime. The Co buffer-layer showed thickness of approximately 55 nm and the carbon film, had thickness of approximately 0.9 nm (for 1 minute deposition time). The results showed the formation of the 2D band in almost cases and the presence of the D and G bands, without any overlap, for the films that were not annealed after the deposition. Regarding the relative intensities of the D and G bands, we noticed that the D band surpasses the G band in almost all the cases. We highlight the highest value of 1.22 for the sample during 5 minutes deposition time. We could notice the presence of graphene multilayers by transmission electron microscopy measurements for the samples deposited for 1, 10 and 60 minutes. In all cases the interplanar distance of 0.35 nm could be observed corresponding to the crystalline plane (002) characteristic of graphene. The transmittance results indicate the presence of non-linear behavior for all cases, under excitation at 980 nm. This is the first work that performs studies of this nature at 980 nm using the low-intensity CW laser. Due to the versatility and simplicity of the sputtering technique to produce crystalline graphene films of well controlled dimensions, we consider that the present results open new perspectives for photonic uses not yet exploited in the literature