Untersuchung kristallographisch definierter Graphen-Ränder

Item type:	Thesis of the University of Regensburg (PhD)
Open Access Type:	Primary Publication
Date:	16 October 2015
Referee:	Prof. Dr. Dieter Weiss
Date of exam:	24 September 2015
Institutions:	Physics > Institute of Experimental and Applied Physics > Chair Professor Weiss > Group Dieter Weiss
Interdisciplinary Subject Network:	Not selected
Research groups and research centres:	Not selected
Keywords:	Graphen, Ätzen, Zigzag, kristallographisch, anisotrop, Vorkonditionierung, Vorbehandlung, Antidot, Nanoribbon, GNR, Array, Schwache Lokalisierung, WL, Intervalley Streuung, Universelle Leitwertsfluktuationen, UCF, Phasenkohärenzlänge, Sättigung, in-plane-Magnetfeld, Spinentartung, Aufhebung, Coulomb Blockade, Raman Spektroskopie, D Peak, G Peak, Aufspaltung, graphene, etching, zigzag, crystallographically, anisotropic, preconditioning, antidot, nanoribbon, array, weak localization, intervalley scattering, universal conductance fluctuation, phase coherence length, saturation, in-plane magnetic field, spin degeneracy, lifting, coulomb blockade, Raman spectroscopy, splitting
Dewey Decimal Classification:	500 Science > 530 Physics
Status:	Published
Refereed:	Yes, this version has been refereed
Created at the University of Regensburg:	Yes
Item ID:	32557

Abstract (German)

Die Arbeit beschäftigt sich zum einen mit der Präparation kristallographisch definierter Graphen-Ränder mit Hilfe verschiedener anisotroper Ätzprozesse, zum anderen mit der Untersuchung der hergestellten Strukturen durch Messungen zum Ladungsträgertransport sowie zur Raman-Spektroskopie. Ein anisotroper Ätzprozess wurde in Argon-Atmosphäre durchgeführt. Bei einem weiteren Prozess wurde dem ...

Abstract (German)

Die Arbeit beschäftigt sich zum einen mit der Präparation kristallographisch definierter Graphen-Ränder mit Hilfe verschiedener anisotroper Ätzprozesse, zum anderen mit der Untersuchung der hergestellten Strukturen durch Messungen zum Ladungsträgertransport sowie zur Raman-Spektroskopie.

Ein anisotroper Ätzprozess wurde in Argon-Atmosphäre durchgeführt. Bei einem weiteren Prozess wurde dem Argon-Gas eine definierte und geringe Menge von Sauerstoffgas beigemischt. Untersuchungen zu verschiedenen Sauerstoff-Konzentration und Temperaturen gaben Aufschluss darüber, dass die Reaktionsmechanismen beider Ätzprozesse auf gasförmigem Sauerstoff basieren. Darüber hinaus wurden Einflüsse auf die Anisotropie des Ätzprozesses erörtert.

Die präparierten Ränder wurden zunächst an Proben mit Gittern anisotrop geätzter Antidots untersucht. Dabei wurden die lediglich an Armchair-Rändern auftretenden Intervalley-Streuprozesse anhand von Messungen zur Schwachen Lokalisierung sowie zur Raman-Spektroskopie analysiert. Die Ergebnisse führten zu dem Schluss, dass die präparierten Ränder entlang der Zigzag-Richtung verlaufen, jedoch eine Kantenrauigkeit im Sub-Nanometerbereich aufweisen.

Des Weiteren wurden anisotrop geätzte Graphen-Nanoribbons untersucht. Die zur Präparation erforderlichen langen Ätzdauern verstärkten jedoch die Kantenrauigkeit und die Daten zur Schwachen Lokalisierung zeigten eine damit verbundene kurze Intervalley-Streulänge. Das häufig beobachtete hochohmige Transportverhalten konnte auf Coulomb-Blockade zurückgeführt werden, deren Ursache in der Inhomogenität der Ladungsträgerdichte lag.

Weitere Untersuchungen befassten sich mit dem Sättigungsverhalten der Phasenkohärenzlänge in Graphen-Nanoribbon-Arrays bei mK-Temperaturen. Der Abfall der Amplitude von Universellen Leitwertsfluktuationen bei zunehmenden in-plane Magnetfeldern ließ sich durch eine Aufhebung der Spinentartung interpretieren.

Translation of the abstract (English)

In this work crystallographically defined graphene edges were prepared by anisotropic etch processes. The samples were characterized by measurements on charge carrier transport and Raman spectroscopy. One anisotropic etch process was conducted in argon atmosphere, another one in argon gas with a defined low oxygen concentration. Experiments at different oxygen concentrations and temperatures ...

Translation of the abstract (English)

In this work crystallographically defined graphene edges were prepared by anisotropic etch processes. The samples were characterized by measurements on charge carrier transport and Raman spectroscopy.

One anisotropic etch process was conducted in argon atmosphere, another one in argon gas with a defined low oxygen concentration. Experiments at different oxygen concentrations and temperatures demonstrated that gaseous oxygen was the activator for the etch reaction. Further, process parameters affecting the etch anisotropy were studied.

In order to clarify the edge orientation, square lattices of anisotropically etched antidots were prepared. Measurements on the weak localization effect and Raman spectroscopy focused on the analysis of intervalley scattering - events which involve armchair edges. Data analysis demonstrated that anisotropically etched edges were terminated by zigzag edges with roughness in the sub-nm range.

The edge roughness of anisotropically etched graphene nanoribbons was significant owing to the long duration of the etch processes. In line with microscopy studies, the intervalley scattering lengths extracted from weak localization measurements were comparatively short. Further, inhomogeneities in the charge carrier density induced charge carrier transport in the coulomb blockade regime.

Further studies addressed the saturation of the phase coherence length in arrays of graphene nanoribbons in the mK range. The decrease in amplitude of universal conductance fluctuations with increasing in-plane magnetic field demonstrated the lifting of spin degeneracy.

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