KR20100112726A - The method for detecting the graphene edge-shape - Google Patents
The method for detecting the graphene edge-shape Download PDFInfo
- Publication number
- KR20100112726A KR20100112726A KR1020090031155A KR20090031155A KR20100112726A KR 20100112726 A KR20100112726 A KR 20100112726A KR 1020090031155 A KR1020090031155 A KR 1020090031155A KR 20090031155 A KR20090031155 A KR 20090031155A KR 20100112726 A KR20100112726 A KR 20100112726A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- graphene
- edge
- nanoribbon
- adsorbent
- edge shape
- Prior art date
Links
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 104
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 104
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 19
- 239000002074 nanoribbon Substances 0.000 claims abstract description 68
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 claims abstract description 44
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 claims abstract description 25
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 24
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 24
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 12
- ATBAMAFKBVZNFJ-UHFFFAOYSA-N beryllium atom Chemical group [Be] ATBAMAFKBVZNFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 229910052790 beryllium Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 3
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 abstract 1
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 31
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 230000004069 differentiation Effects 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000004574 scanning tunneling microscopy Methods 0.000 description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 3
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 2
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 2
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 description 2
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005355 Hall effect Effects 0.000 description 1
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000012850 discrimination method Methods 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 239000000615 nonconductor Substances 0.000 description 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 1
- 230000027756 respiratory electron transport chain Effects 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
- G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
- G01N27/12—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/15—Nano-sized carbon materials
- C01B32/182—Graphene
- C01B32/184—Preparation
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N30/00—Investigating or analysing materials by separation into components using adsorption, absorption or similar phenomena or using ion-exchange, e.g. chromatography or field flow fractionation
- G01N30/02—Column chromatography
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/16—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic System
- H01L29/1606—Graphene
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2204/00—Structure or properties of graphene
- C01B2204/06—Graphene nanoribbons
Abstract
Description
본 발명은 그라핀(graphene) 가장자리(edge) 모양 검출법으로 보다 상세하게는 그라핀의 지그재그 가장자리(zigzag-edge)에서의 흡착에너지가 다른 부분에서의 흡착에너지보다 크게 나타나는 원자 또는 분자를 이용하여 2차원 그라핀의 격자방향 또는 그라핀 나노리본의 가장자리(edge)모양을 검출할 수 있는 방법에 관한 것이다.The present invention is a graphene edge shape detection method in detail using atoms or molecules in which the adsorption energy at the zigzag-edge of the graphene is larger than the adsorption energy at other portions. The present invention relates to a method capable of detecting the lattice direction of dimensional graphene or the shape of edges of graphene nanoribbons.
그라핀(graphene)이란 물질은 탄소원자가 연속된 육각형 모양으로 배치된 2차원 물질로서 페르미 레벨(Fermi level) 근처 전자의 이동도(mobility)가 매우 크기 때문에 차세대 전기소자로 각광받고 있다. 이 물질을 반도체로 이용할 경우 나노리본(nanoribbon) 형태로 만들어야 하는데 이 경우 나노리본의 격자방향, 즉 모서리 모양에 따라 그 전기적, 자기적 성질이 다르게 된다.Graphene is a two-dimensional material in which carbon atoms are arranged in a continuous hexagonal shape and is attracting attention as a next-generation electric device due to the high mobility of electrons near the Fermi level. If the material is used as a semiconductor, it must be made in the form of a nanoribbon (nanoribbon). In this case, its electrical and magnetic properties vary depending on the lattice direction of the nanoribbon, that is, the shape of the edge.
이러한 특성을 갖는 그라핀 나노리본을 반도체로 이용하기 위해서는 2차원 그라핀의 격자방향, 만들어진 그라핀 나노리본의 가장자리(edge) 모양을 확인할 수 있는 방법이 중요하다.In order to use the graphene nanoribbons having such characteristics as a semiconductor, it is important to check the lattice direction of the two-dimensional graphene and the shape of the edge of the graphene nanoribbons made.
가장자리 모양을 확인할 수 있는 방법 중 하나는 AFM(Atomic force microscope) 등을 이용한 원자단위로의 그라핀 표면 관찰방법이 있다.One way to check the shape of the edge is to observe the graphene surface in atomic units using an atomic force microscope (AFM).
AFM은 날카로운 탐침(Tip)이 표면에 수 Å(angstrom) 이내로 접근하며 스캐닝(scanning)이 이루어지며, 이때 표면과 탐침 사이의 작용하는 상호 힘에 의한 켄틸레버(cantilever)의 굽힘을 측정하여 피드백(feedback) 제어함으로써 표면 이미지가 얻어진다.The AFM scans with a sharp tip approaching the surface within a few angstroms, measuring the bend of the cantilever due to the mutual forces acting between the surface and the probe. feedback) to obtain a surface image.
STM(Scanning Tunneling Microscopy)의 경우에는 시료와 탐침 사이의 터널 효과(Tunneling effect)를 이용하여 투과전류(Tunneling Current)가 제어되고, 스캐닝이 이루어지면서 표면 굴곡 정도에 따라 나타나는 전류 변화를 표면의 높이 함수로 전환하여 이미지를 형상화하며, 이와 달리 AFM은 분석시료와 탐침 사이를 접근시킬 때 나타나는 시료표면과 탐침 사이의 원자력을 측정하고 그것을 피드백으로 조절하는 기능을 가지며 시료표면의 굴곡 정도에 따른 원자력 간 차이를 모니터링하여 이미지를 얻는다. STM이 도체 표면만을 측정하는 것과 달리 AFM은 시료의 전기적인 특성과 무관하므로 도체, 반도체 및 부도체 등 모든 시료의 분석에 범용적으로 이용되고 있다.In the case of STM (Scanning Tunneling Microscopy), the tunneling current is controlled by using the tunneling effect between the sample and the probe, and the current change depending on the degree of surface curvature as scanning is performed as a function of the height of the surface. In contrast, AFM measures the nuclear power between the sample surface and the probe as it approaches the sample and probe, and adjusts it with feedback, and the difference between the nuclear powers according to the degree of curvature of the sample surface. Get an image by monitoring it. Unlike STM measuring only the conductor surface, AFM is independent of the electrical properties of the sample, so it is widely used for the analysis of all samples such as conductors, semiconductors and non-conductors.
하지만 그라핀의 가장자리 모양 구별을 위해 고가의 AFM 장비를 사용하게 되면 상대적으로 많은 비용과 시간, 노력이 필요하게 된다. 그러므로 그라핀 가장자리 모양을 알아낼 수 있는 보다 간단한 방법이 요구되고 있다.However, using expensive AFM equipment to distinguish the edge shape of graphene is relatively expensive, time and effort. Therefore, there is a need for a simpler method of determining the shape of graphene edges.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는 그라핀(graphene) 나노리본(nanoribbon)의 가장자리(edge)모양 검출 방법을 제공함에 있다.An object of the present invention is to provide a method for detecting the edge (graph) of the graphene nanoribbon (nanoribbon).
본 발명에 따르면 가장자리 모양이 알려지지 않은 그라핀 나노리본의 가장자리 모양 검출 방법에 있어 그라핀 나노리본에 그라핀 나노리본의 지그재그 가장자리에서의 흡착 에너지가 다른 부분에서의 흡착 에너지보다 크게 나타나는 원자 또는 분자를 흡착시키는 단계 및 나노리본의 저항 변화를 측정하는 단계로 그라핀 가장자리 모양 검출한다.According to the present invention, in the edge shape detection method of the graphene nanoribbon whose edge shape is unknown, atoms or molecules in which the adsorption energy at the zigzag edge of the graphene nanoribbon on the graphene nanoribbon are larger than the adsorption energy at other portions are shown. The graphene edge shape is detected by adsorbing and measuring resistance change of the nanoribbons.
본 발명에 따른 그라핀(graphene) 나노리본(nano-ribbon)의 가장자리(edge) 모양을 알아내는 방법은 AFM과 같은 장비를 사용하지 않기 때문에 그 작업이 단순하게 되어 시간과 비용, 노력이 줄어들게 된다.The method of finding the edge shape of the graphene nanoribbons according to the present invention is simplified because it does not use equipment such as AFM, thereby reducing time, cost, and effort. .
이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
이하에서 그라핀 나노리본에 흡착되는/흡착시키는 원자 또는 분자를 흡착재라 하기로 한다.Hereinafter, the atoms or molecules adsorbed / adsorbed to the graphene nanoribbons will be referred to as adsorbents.
도 1은 금속원자가 흡착된 지그재그 가장자리(zigzag-edge) 그라핀(graphene) 나노리본(nanoribbon)의 모습을 나타낸다.Figure 1 shows the appearance of zigzag-edge graphene nanoribbon (nanoribbon) in which metal atoms are adsorbed.
도 1에서는 그라핀 나노리본(GNRs; Graphene NanoRibbons) 위에 금속원자가 흡착된 경우를 나타내고 있으나 그라핀 나노리본에 흡착시키는 흡착재의 종류는 제한이 없으며 그라핀의 지그재그 가장자리에서의 흡착에너지가 다른 부분에서의 흡착에너지보다 크게 나타나는 원자 또는 분자 모두 포함한다. 이하 흡착재로 주요 금속원자들의 예를 들어 설명하나, 본 발명에서 흡착재로 사용되는 원자 또는 분자를 금속원자로 한정하는 것은 아니다.1 illustrates a case where metal atoms are adsorbed onto graphene nanoribbons (GNRs), but the type of adsorbent adsorbed onto the graphene nanoribbons is not limited, and the adsorption energy at the zigzag edge of graphene is different. Include all atoms or molecules that appear larger than the adsorption energy. Hereinafter, an example of the main metal atoms will be described as an adsorbent, but the atoms or molecules used as the adsorbent in the present invention are not limited to metal atoms.
그라핀에 흡착재의 흡착이 일어나기 위해서는 전자를 금속 원자로부터 떼어내어서 그라핀에 옮겨주어야 한다. 이때 금속의 이온화 에너지와 그라핀의 일함수(work function) 차이만큼의 에너지가 필요하다. 이온화된 금속원자와 그라핀 간 간격이 줄어들면 이들 사이에 쿨롱(Coulomb) 에너지가 발생되는데 만약 쿨롱 에너지가 금속원자와 그라핀 간 전자전송에 필요한 에너지보다 클 경우 흡착이 일어나게 된다.In order for the adsorbent to adsorb on the graphene, electrons must be separated from the metal atoms and transferred to the graphene. At this time, energy equal to the difference between the ionization energy of the metal and the work function of the graphene is required. When the gap between ionized metal atoms and graphene decreases, Coulomb energy is generated between them. If the Coulomb energy is larger than the energy required for electron transfer between the metal atoms and graphene, adsorption occurs.
흡착에너지는 많은 수의 전자를 전송하는 경우, 작은 이온 반지름을 갖는 경우, 작은 이온화 에너지를 갖는 경우, 그라핀에 전송된 전하가 좁은 공간에 분포되는 경우에 큰 값을 갖는다.Adsorption energy has a large value when transferring a large number of electrons, when having a small ion radius, when having a small ionization energy, when the charge transferred to the graphene is distributed in a narrow space.
그라핀을 나노리본으로 만들 경우 나노리본의 가장자리 모양은 암체어(armchair) 모양, 지그재그(zigzag) 모양, 또는 두 가지 모양이 서로 번갈아 있는 구조가 된다. 그리고 가장자리 모양에 따라서 나노리본의 성질, 즉 전도도(conductivity), 자기적 성질 등이 변하게 된다. 특히 지그재그 가장자리 모양의 나노리본은 양 가장자리에 서로 다른 스핀(spin)을 갖는 전자가 국부적으 로(locally) 분포하게 된다.When graphene is made into a nanoribbon, the edge shape of the nanoribbon is an armchair shape, a zigzag shape, or two shapes alternately. And depending on the shape of the edge, the properties of the nanoribbons, such as conductivity (conductivity), magnetic properties and so on. In particular, zigzag edge-shaped nanoribbons have locally distributed electrons with different spins on both edges.
도 2는 암체어 가장자리 모양의 그라핀 나노리본(Armchair-edged GNRs)의 구조와 금속원자 흡착에너지에 대한 그래프, 도 2의 그래프에서 x축은 금속원자의 흡착지점을 y축은 흡착 에너지를 나타낸다. FIG. 2 is a graph of the structure of the armchair-shaped graphene nanoribbons (Armchair-edged GNRs) and the adsorption energy of metal atoms. In the graph of FIG. 2, the x axis represents the adsorption point of the metal atoms and the y axis represents the adsorption energy.
도 2의 그래프를 참조하면, 리튬(Li), 나트륨(Na), 칼륨(K), 베릴륨(Be), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca) 원자들에 대하여 그 그래프의 모양이 x축과 거의 평행을 이룸을 볼 수 있는데, 이는 그라핀 나노리본의 중앙, 즉 가장자리 근처가 아닌 부분에서의 흡착에너지와 암체어 가장자리(armchair-edge)에서의 흡착에너지 차이는 거의 없음을 나타낸다.Referring to the graph of FIG. 2, the shapes of the graphs for the atoms of lithium (Li), sodium (Na), potassium (K), beryllium (Be), magnesium (Mg), and calcium (Ca) are almost identical to those of the x-axis. It can be seen that there is no parallel between the adsorption energy at the center of the graphene nanoribbons, i.e., not near the edges, and at the armchair-edge.
즉, 가장자리가 아닌 부분과 암체어 가장자리에서의 흡착에너지의 차이가 거의 없으므로 암체어 가장자리 그라핀 위에 금속을 흡착시킬 경우 흡착지점에 대한 특별한 경향성을 보이지 않는다.That is, since there is almost no difference in the adsorption energy at the non-edge portion and the edge of the armchair, there is no particular tendency toward the adsorption point when the metal is adsorbed onto the edge of the armchair.
도 3은 페르미 레벨 근처에서의 암체어 나노리본의 에너지 밴드 구조(energy band structure)와 외부로부터 들어온 전자들의 전하분포를 나타내는 그림이다. 3 is a diagram showing the energy band structure of the armchair nanoribbons near the Fermi level and the charge distribution of electrons from outside.
도 3의 상단 그림에서 분홍색 음영 부분(300)은 페르미 레벨 근처에서의 전도대(conduction band)를 나타내며 외부로부터 들어오는 전자가 채워지는 영역(state)이다. 도 3의 하단의 그림을 참조하면, 암체어 나노리본에서는 전하의 분포는 특정한 경향성 없이 고르게 분산되어 흡착됨을 알 수 있다.In the upper figure of FIG. 3, the pink shaded
도 4는 지그재그 가장자리 모양의 그라핀 나노리본(Zigzag-edged GNRs)의 구조와 금속원자 흡착에너지에 대한 그래프를 나타낸 것이다. 도 4의 그래프에서 x축 은 금속원자의 흡착지점을 y축은 흡착 에너지를 나타낸다. Figure 4 shows the graph of the structure and metal atom adsorption energy of zigzag edge-shaped graphene nanoribbons (Zigzag-edged GNRs). In the graph of FIG. 4, the x axis represents the adsorption point of the metal atom and the y axis represents the adsorption energy.
도 4의 그래프를 참조하면, 도 2의 경우와 달리 동일한 원자들에 대하여 지그재그 가장자리(zigzag-edge) 부분(x축의 1, 13 부분)에서의 흡착에너지가 다른 부분보다 더 큰 값을 갖게 된다.Referring to the graph of FIG. 4, unlike the case of FIG. 2, the adsorption energy at the zigzag-edge portion (1, 13 portions of the x-axis) has the greater value than that of the other portions for the same atoms.
도 5는 페르미 레벨 근처에서의 지그재그 나노리본의 에너지 밴드 구조(energy band structure)와 외부로부터 들어온 전자들의 전하분포를 나타내는 그림이다. 도 5의 상단 그림에서 분홍색 음영 부분(500)은 페르미 레벨 근처에서의 전도대를 나타내며 외부로부터 들어오는 전자가 채워지는 영역이다.FIG. 5 is a diagram showing an energy band structure of a zigzag nanoribbon near a Fermi level and a charge distribution of electrons from outside. In the upper figure of FIG. 5, the pink
도 5의 하단 그림을 참조하면, 도 3의 경우와는 달리 전자가 가장자리에 주로 흡착됨을 알 수 있다. 이 경우 그라핀에 전송된 전하가 좁은 공간에 분포하게 되어 쿨롱 에너지가 커지므로 결과적으로 지그재그 나노리본의 가장자리에서의 흡착에너지가 큰 값을 갖게 되는 것이다.Referring to the lower figure of FIG. 5, it can be seen that electrons are mainly adsorbed to the edges unlike in the case of FIG. 3. In this case, the charges transferred to the graphene are distributed in a narrow space, and thus the coulombic energy is increased. As a result, the adsorption energy at the edge of the zigzag nanoribbon has a large value.
다시 도 4를 참조하면, 베릴륨(beryllium, 원소기호:Be)의 경우 0K(Kelvin temperature)에 가까운 저온에서 지그재그 가장자리에서만 흡착이 이루어질 뿐 나머지 부분에서는 흡착에너지가 매우 작다. 만약 임의의 그라핀 나노리본에 베릴륨(Be) 원자를 뿌릴 경우 나노리본이 지그재그 가장자리 나노리본일 경우 흡착이 이루어지지만 암체어 가장자리 나노리본일 경우 흡착이 이루어지지 않게 된다.Referring back to FIG. 4, in the case of beryllium (element symbol: Be), adsorption is performed only at the zigzag edge at a low temperature close to 0K (Kelvin temperature), but the adsorption energy is very small at the rest. If a beryllium (Be) atom is sprayed on any graphene nanoribbon, the adsorption is performed when the nanoribbons are zigzag edge nanoribbons, but the adsorption is not performed when the armchair edge nanoribbons are used.
금속의 흡착은 나노리본의 운반자 밀도(carrier density)를 높이기 때문에 흡착이 이루어진 경우와 이루어지지 않은 경우의 나노리본의 저항을 측정하면 금속원자가 흡착으로 인한 저항의 변화가 생기게 된다. 이러한 현상을 이용해서 그라핀 나노리본의 가장자리 모양과 격자의 방향을 판별할 수 있게 된다.Adsorption of metal increases the carrier density of the nanoribbons, so the measurement of the resistance of the nanoribbons with or without adsorption results in a change in resistance due to adsorption of metal atoms. By using this phenomenon, it is possible to determine the edge shape of the graphene nanoribbons and the direction of the lattice.
즉, 주어진 가장자리의 모양이 알려지지 않은 미지의 그라핀에서 금속의 흡착이 이루어져서 운반자 밀도가 높아지는 경우 전기적 저항은 감소하고, 금속의 흡착이 이루어지지 않는 경우 운반자 밀도의 변화가 없으므로 전기적 저항의 변화 또한 없게 된다.That is, if the density of the carrier is increased due to the adsorption of metal from unknown graphene whose shape of the edge is unknown, the electrical resistance decreases. If the adsorption of the metal does not occur, there is no change in carrier density. do.
따라서, 가장자리의 모양이 알려지지 않은 미지의 그라핀에 금속원자를 흡착시키려 하는 경우 가장자리의 모양에 따라 가장자리에의 흡착 여부가 결정되고, 그 흡착여부에 따라 전기적 저항의 변화가 생기므로 전기적 저항의 변화를 측정하여 미지의 그라핀의 가장자리 모양이 지그재그 모양인지 암체어 모양인지를 판별할 수 있는 것이다.Therefore, in the case of trying to adsorb metal atoms to unknown graphene whose shape is not known, the shape of the edge determines whether or not it is adsorbed on the edge. It is possible to determine whether the edge shape of the unknown graphene is zigzag or armchair by measuring the shape.
본 발명에는 베릴륨(Be) 뿐만 아니라 다른 원자나 분자를 이용할 수도 있다. 베릴륨(Be) 이외의 다른 원자나 분자를 이용하는 경우 가장자리 이외의 부분에서 흡착이 이뤄질 수 있으나 도 4의 그래프에서 나타나듯이 지그재그 가장자리 부분에서 흡착에너지가 크므로 0 K에 가까운 온도에서 점차 온도를 올려서 지그재그 가장자리 부분에 흡착된 원자 또는 분자만을 남길 수 있는 온도하에서 상술한 베릴륨 원자를 이용한 감지방법을 사용하면 다른 원자 또는 분자의 경우에 대해서도 베릴륨 원자를 사용하였을 때와 같은 효과를 얻을 수 있어 상기 베릴륨 원자를 흡착시키는 방법과 같은 방식이 적용될 수 있다.In the present invention, not only beryllium (Be) but also other atoms or molecules may be used. When using atoms or molecules other than beryllium (Be), adsorption may be performed at the portion other than the edge, but as shown in the graph of FIG. 4, since the adsorption energy is large at the edge of the zigzag, the temperature is gradually increased at a temperature close to 0 K and then zigzag. By using the above-described detection method using beryllium atoms at a temperature that can leave only the atoms or molecules adsorbed at the edges, the same effect as using beryllium atoms can be obtained for other atoms or molecules. The same method as the adsorption method may be applied.
2차원 그라핀의 경우 양자 홀 효과(Quantum Hall effect)가 나타나는 상황에서는 그라핀의 가장자리를 통해서만 전류가 흐르게 되는데 이를 이용하여 그라핀 가장자리에서의 저항변화를 측정할 수 있다. 이러한 경우에도 앞서 설명한 방법으로 그라핀의 지그재그 가장자리에만 금속원자를 흡착시킨 뒤 양자 홀 효과를 이용한 2차원 그라핀의 가장자리 저항변화를 측정하여 2차원 그라핀의 가장자리 모양을 판별할 수 있다.In the case of two-dimensional graphene, the current flows only through the edge of the graphene in the quantum hall effect, and the change in resistance at the edge of the graphene can be measured. Even in this case, the shape of the edge of the two-dimensional graphene can be determined by adsorbing metal atoms only to the zigzag edge of the graphene and measuring edge resistance change of the two-dimensional graphene using the quantum hole effect.
도 6은 본 발명에 따른 그라핀의 가장자리 모양 구별 방법을 나타낸 흐름도이다.6 is a flowchart illustrating a method of distinguishing edge shapes of graphene according to the present invention.
도 6을 참조하면, 가장자리 모양이 알려지지 않은 미지의 그라핀 나노리본에 흡착재를 흡착(S600)시킨다. 흡착재로 그라핀의 지그재그 가장자리에서의 흡착에너지가 다른 부분, 즉 가장자리(edge) 이외의 다른 부분에서의 흡착에너지보다 크게 나타나는 원자 또는 분자 모두 포함한다.Referring to FIG. 6, an adsorbent is adsorbed onto an unknown graphene nanoribbon whose edge shape is unknown (S600). The adsorbent includes all atoms or molecules in which the adsorption energy at the zigzag edge of the graphene is greater than the adsorption energy at other portions, ie, portions other than the edges.
S600 단계 이후 그라핀에 가열하거나 냉각하는 등의 방법으로 그라핀의 온도를 조절(S620)한다. 그라핀을 가열하거나 냉각하는 등의 방법으로 그라핀의 온도를 조절하는 까닭은 흡착재의 특성에 따라서는 그라핀 나노리본의 지그재그 가장자리 이외의 부분에도 흡착이 이루어지는 경우가 발생하고 따라서 가장자리 이외 부분에 흡착된 흡착재를 제거해야 할 필요가 있기 때문이다. 따라서, 본 단계는 흡착재의 성질에 따라서 불필요할 수 있다. 상술한 바와 같이 베릴륨(Be) 같은 원자를 흡착재로 쓰는 경우 본 단계는 불필요하다. 본 단계는 흡착재의 특성에 따라서 추가되거나 혹은 배제될 수 있다.After step S600 to control the temperature of the graphene by heating or cooling the graphene (S620). The reason why the temperature of the graphene is controlled by heating or cooling the graphene is that adsorption occurs at the portion other than the zigzag edge of the graphene nanoribbon depending on the characteristics of the adsorbent. This is because it is necessary to remove the used adsorbent. Therefore, this step may be unnecessary depending on the nature of the adsorbent. As described above, this step is unnecessary when an atom such as beryllium (Be) is used as the adsorbent. This step may be added or excluded depending on the nature of the adsorbent.
S600 단계 또는 S600단계, S620단계 이후 그라핀 나노리본의 흡착재가 그라핀 나노리본 가장자리에 흡착되었는지 여부에 따라 달라지는 운반자 밀도와 전기적 저항의 변화를 측정한다. 이때, 저항의 변화가 측정되는 경우 이는 지그재그 가장자리에 흡착재가 흡착되어 운반자 밀도가 변화하여 생긴 결과이므로 미지의 그라핀 나노리본은 지그재그 가장자리 모양(zigzag edge shape)을 갖는 그라핀 나노리본으로 검출하고 저항의 변화가 없는/미미한 경우 암체어 가장자리 모양을 갖는 그라핀 나노리본으로 검출(S640)하게 된다.After S600, S600, and S620, the change in carrier density and electrical resistance depends on whether the adsorbents of the graphene nanoribbons are adsorbed on the edges of the graphene nanoribbons. In this case, when the change in resistance is measured, it is a result of the carrier density being changed by the adsorption material adsorbed on the zigzag edge, so that the unknown graphene nanoribbons are detected by the graphene nanoribbons having a zigzag edge shape. If there is no change / minimum of the graphene nanoribbon having the shape of the armchair edge is detected (S640).
도 7은 본 발명에 따른 구별방법을 이용하여 그라핀 가장자리 모양을 구별하는 장치의 블록도이다.7 is a block diagram of an apparatus for distinguishing graphene edge shapes using a differentiation method according to the present invention.
본 발명에 따른 그라핀 가장자리 모양 구별장치(700)는 그라핀 가장자리 모양 구별방법에 따라 각각 그 기능을 수행하는 그라핀에 흡착재를 흡착시키는 흡착부(720), 흡착재가 흡착된 그라핀 나노리본의 전기적 저항을 측정하고 저항의 변화여부에 따라 가장자리 모양을 판정하는 저항측정 및 검출부(760)로 구성된다.Graphene edge shape
여기에서, 흡착재의 특성에 따라 필요한 경우 그라핀에 열을 가하는 등의 방법으로 그라핀의 온도를 조절하는 온도조절부(740)를 더 포함할 수 있다.Here, if necessary according to the characteristics of the adsorbent may further include a
상술한 그라핀 가장자리 모양 구별방법 및 장치의 구성은 상기 방법 또는 기능을 수행하도록 코딩된 소프트웨어나 프로그램 코드 등에 따른 마이 크로프로세서, ASIC(Application Specific Integrated Circuit) 등과 같은 프로세서에 의해 수행될 수 있다 . 상기 코드의 설계, 개발 및 구현은 본 발명의 설명에 기초하여 당업자에게 자명하다고 할 것이다.The configuration of the graphene edge shape discrimination method and apparatus described above may be performed by a processor such as a microprocessor, an application specific integrated circuit (ASIC), or the like according to software or program code coded to perform the method or function. The design, development and implementation of the code will be apparent to those skilled in the art based on the description of the present invention.
이상에서 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예로 들어서 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니한다. 본 발명의 실시예는 후술 하는 특허청구범위에 의하여 특정되는 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다. While the invention has been shown and described by way of example of certain preferred embodiments, the invention is not limited to the embodiments described above. Embodiments of the present invention may be variously modified and modified by those skilled in the art without departing from the spirit of the invention specified by the claims to be described later.
도 1은 지그재그(zigzag) 가장자리(edge) 모양을 갖는 그라핀(graphene) 위에 금속원자가 한쪽 가장자리에 흡착된 모습을 나타낸다.1 shows a state in which a metal atom is adsorbed on one edge on a graphene having a zigzag edge shape.
도 2는 암체어 가장자리 모양의 그라핀 나노리본(Armchair-edged GNRs)의 구조와 금속원자 흡착에너지에 대한 그래프이다.Figure 2 is a graph of the structure and metal atoms adsorption energy of the armchair edge-shaped graphene nanoribbons (Armchair-edged GNRs).
도 3은 페르미 레벨 근처에서의 암체어 나노리본의 에너지 밴드 구조(energy band structure)와 외부로부터 들어온 전자들의 전하분포를 나타내는 그림이다.3 is a diagram showing the energy band structure of the armchair nanoribbons near the Fermi level and the charge distribution of electrons from outside.
도 4는 지그재그 가장자리 모양의 그라핀 나노리본(Zigzag-edged GNRs)의 구조와 금속원자 흡착에너지에 대한 그래프이다.Figure 4 is a graph of the structure and metal atoms adsorption energy of zigzag edge-shaped graphene nanoribbons (Zigzag-edged GNRs).
도 5는 페르미 레벨 근처에서의 지그재그 나노리본의 에너지 밴드 구조와 외부로부터 들어온 전자들의 전하분포를 나타내는 그림이다.5 is a diagram showing the energy band structure of the zigzag nanoribbons near the Fermi level and the charge distribution of electrons from outside.
도 6은 본 발명에 따른 그라핀의 가장자리 모양 구별 방법을 나타낸 흐름도이다.6 is a flowchart illustrating a method of distinguishing edge shapes of graphene according to the present invention.
도 7은 본 발명에 따른 구별방법을 이용하여 그라핀 가장자리 모양을 구별하는 장치의 블록도이다.7 is a block diagram of an apparatus for distinguishing graphene edge shapes using a differentiation method according to the present invention.
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020090031155A KR101089921B1 (en) | 2009-04-10 | 2009-04-10 | The method for the graphene edge-shape distinction |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020090031155A KR101089921B1 (en) | 2009-04-10 | 2009-04-10 | The method for the graphene edge-shape distinction |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20100112726A true KR20100112726A (en) | 2010-10-20 |
| KR101089921B1 KR101089921B1 (en) | 2011-12-05 |
Family
ID=43132523
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020090031155A KR101089921B1 (en) | 2009-04-10 | 2009-04-10 | The method for the graphene edge-shape distinction |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101089921B1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8610884B2 (en) | 2011-12-23 | 2013-12-17 | Korea Advanced Institute Of Science And Technology | Method for optical visualization of graphene domains |
| WO2014137057A1 (en) * | 2013-03-06 | 2014-09-12 | 삼성테크윈 주식회사 | Method for detecting crystal grain boundaries of graphene and device using method |
| US8895161B2 (en) | 2011-06-01 | 2014-11-25 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Ferromagnetic graphenes and spin valve devices including the same |
| US10138543B2 (en) | 2014-11-25 | 2018-11-27 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Method of analyzing growth of two-dimensional material |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101946007B1 (en) | 2012-06-20 | 2019-02-08 | 삼성전자주식회사 | Apparatus and Method for analyzing graphene |
-
2009
- 2009-04-10 KR KR1020090031155A patent/KR101089921B1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8895161B2 (en) | 2011-06-01 | 2014-11-25 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Ferromagnetic graphenes and spin valve devices including the same |
| US8610884B2 (en) | 2011-12-23 | 2013-12-17 | Korea Advanced Institute Of Science And Technology | Method for optical visualization of graphene domains |
| WO2014137057A1 (en) * | 2013-03-06 | 2014-09-12 | 삼성테크윈 주식회사 | Method for detecting crystal grain boundaries of graphene and device using method |
| US10006893B2 (en) | 2013-03-06 | 2018-06-26 | Hanwha Techwin Co., Ltd. | Method for detecting crystal grain boundaries of grapheme and device using method |
| US10138543B2 (en) | 2014-11-25 | 2018-11-27 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Method of analyzing growth of two-dimensional material |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR101089921B1 (en) | 2011-12-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Chu et al. | Highly selective detection of sulfur hexafluoride decomposition components H2S and SOF2 employing sensors based on tin oxide modified reduced graphene oxide | |
| Zhuge et al. | Nonvolatile resistive switching memory based on amorphous carbon | |
| Schoenenberger et al. | Interference and Interaction in multi-wall carbon nanotubes | |
| Rylkov et al. | Tunneling anomalous Hall effect in nanogranular CoFe-B-Al-O films near the metal-insulator transition | |
| Liao et al. | The sensitivity of gas sensor based on single ZnO nanowire modulated by helium ion radiation | |
| KR101089921B1 (en) | The method for the graphene edge-shape distinction | |
| Lee et al. | Room-temperature tunneling behavior of boron nitride nanotubes functionalized with gold quantum dots | |
| JP4825968B2 (en) | Carbon nanotube sensor and manufacturing method thereof | |
| Mishra et al. | Single-atom dynamics in scanning transmission electron microscopy | |
| Zheng et al. | Effects of antidots on the transport properties of graphene nanoribbons | |
| Crook et al. | Imaging cyclotron orbits and scattering sites in a high-mobility two-dimensional electron gas | |
| Faist et al. | Possible observation of impurity effects on conductance quantization | |
| Zheng et al. | Thermoelectric transport properties in atomic scale conductors | |
| Hamed Mashhadzadeh et al. | Partial discharge elimination in transformer oils by nanofluids: from theory to practice | |
| Li et al. | Engineering the field emission properties of graphene film by gas adsorbates | |
| Han et al. | A simple method for the determination of doping type in nanomaterials based on electrical response to humidity | |
| Jaschinsky et al. | Nanoscale charge transport measurements using a double-tip scanning tunneling microscope | |
| Andriotis et al. | Extreme hydrogen sensitivity of the transport properties of single-wall carbon-nanotube capsules | |
| Cranney et al. | STM excitation of individual biphenyl molecules on Si (1 0 0) surface: DIET or DIEF? | |
| Rossella et al. | Tuning electronic transport in cobalt-filled carbon nanotubes using magnetic fields | |
| Fujii et al. | Characterization of electrical conduction in silicon nanowire by scanning Maxwell-stress microscopy | |
| Linke et al. | Electron-electron interaction in a narrow, disordered electron gas in nonequilibrium | |
| Kim et al. | Zero-bias anomaly in homogeneously disordered MoGe nanowires undergoing a superconductor-insulator transition | |
| Sleight et al. | Electron-spectroscopic study of vertical In 1− x Ga x As quantum dots | |
| Suganuma et al. | Probing correlated current and force effects of nanoparticle charge states by hybrid STM-AFM |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20140930 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20151001 Year of fee payment: 5 |
|
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |