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Title: Produção de grafeno com poucas camadas a partir de filmes de carbono amorfo sobre substratos isolantes a temperatura ambiente
Authors: Hammes, Ingrid
metadata.dc.contributor.advisor: Xing, Yutao
metadata.dc.contributor.members: Xing, Yutao
Costa, Marcelo Huguenin Maia da
Sinnecker, João Paulo
Costa Junior, Antonio Tavares da
Venezuela, Pedro Paulo de Mello
Issue Date: 2016
Abstract: Os métodos mais utilizados para a produção de grafeno, como a deposição química em fase vapor (CVD, do inglês Chemical Vapor Deposition), necessitam da utilização de um substrato metálico, como Ni ou Cu. A utilização de grafeno em dispositivos semicondutores ou isolantes exige então a transferência do grafeno produzido. Uma alternativa é a obtenção de grafeno diretamente a partir de fontes sólidas de carbono, como filmes finos. O propósito desta tese é estudar a produção de carbono a partir de filmes finos de carbono amorfo por meio de tratamento por irradiação com laser pulsado de alta potência, ou por tratamento térmico em atmosfera inerte. O estudo por irradiação com laser foi feito utilizando lasers de Nd:Yag de 532 e 1064 nm de comprimento de onda, com duração de pulso da ordem de poucos nanosegundos. Os filmes estudados neste processo foram obtidos com espessuras diversas, por deposição por laser pulsado de alvos de grafite, em alto vácuo, sobre substratos de quartzo e vidro. A irradiação resultou no aumento da fração de carbono sp2 e na recristalização de regiões do filme, como evidenciado por espectroscopia Raman, e microscopia eletrônica de transmissão. Em alguns casos foram obtidos materiais com espectros Raman típicos de grafeno de poucas camadas. O estudo de tratamento térmico foi realizado em forno tubular de quartzo com fluxo de Ar, com temperaturas de até 1050°C. Os filmes de carbono amorfo hidrogenado estudados neste processo foram obtidos por meio de Deposição Química em Fase Vapor Assistida por Plasma (PECVD, do inglês Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) em metano, sobre substratos de SiO2/Si e Si. O tratamento térmico de filmes de 10 nm sobre substratos de SiO2/Si resultou em um aumento significativo da fração de C sp2 como mostrado por espectroscopia Raman, mas sem evidenciar recristalização dos mesmos. No caso de filmes depositados sobre Si e tratados a 700°C observou-se por meio de espectroscopia Raman, XPS, MEV e EDS, que o tratamento resultou na difusão do filme de carbono no substrato de Si.
metadata.dc.description.abstractother: The most used methods for the production of graphene, such as chemical vapor deposition (CVD), require the use of a metallic substrate such as Cu or Ni. The use of graphene over insulating or semiconductor substrates requires the transfer of the produced graphene. An alternative is to obtain graphene directly from solid carbon sources as thin films. The purpose of this thesis was to study the production of graphene from amorphous carbon by high power pulsed laser irradiation or by heat treatment in an inert atmosphere. The laser irradiation study was done using Nd:YAG lasers 532 and 1064 nm wavelength, with a few nanoseconds pulse duration. The films studied in this case were obtained with varying thickness, by pulsed laser deposition of graphite target in high vacuum on quartz and glass substrates. The irradiation resulted in increased sp2 carbon fraction and recrystallization of film regions , as evidenced by Raman spectroscopy and transmission electron microscopy . In some cases materials are obtained wit Raman spectra typical of few layer graphene. The heat treatment study was carried out in a quartz tubular furnace in flowing Ar at temperatures up to 1050°C. The hydrogenated amorphous carbon films studied in this process were obtained from Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD) over SiO2/Si and Si substrates. The heat treated 10 nm thick films on SiO2/Si resulted in increased C fraction of sp2 as shown by Raman spectroscopy , but without any evidence of recrystallization. In the case of films deposited over Si, 700°C treated, it was observed by Raman spectroscopy, XPS, SEM and EDS, that carbon film diffused into the Si substrate.
URI: https://app.uff.br/riuff/handle/1/6185
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