Please use this identifier to cite or link to this item: https://cuir.car.chula.ac.th/handle/123456789/80606
Title: Fabrication of Blister-free van der Waals Heterostructure
Other Titles: การสร้างโครงสร้างแบบแวนเดอวาลส์ที่ปราศจากตุ่มพอง
Authors: Kittipat Hiraprayoonpong
Advisors: Thiti Taychatanapat
Other author: Chulalongkorn University. Faculty of Science
Subjects: Graphene
Polymers
กราฟีน
โพลิเมอร์
Issue Date: 2019
Publisher: จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย
Abstract: Van der Waals heterostructure consists of a stack of two or more 2-dimension materials held together by van der Waals force. Such heterostructures allow us to fabricate novel materials by simply stacking various layered materials to create new functionalities as well as observe emergent phenomena which may not exist in the underlying layered materials. In this project, we develop laboratory equipments and recipe for fabrication of blister-free van der Waals heterostructure using pick-up transfer method. Blisters can occur during transferring and stacking 2D material where they could reduce electron mobility. We apply tear-and-stack procedures to create twisted bilayer graphene (TBG) with a controllable twist angle from a singlelayer graphene sheet. In particular, we aim at fabricating TBG at a magic twist angle of 1.05° which has been shown to exhibit strongly correlated phases such as superconductivity and Mott insulator. Here we employ two types of polymer, Polypropylene Carbonate (PPC) and Poly(bisphenol A carbonate) (PC), for transfer process. We find that PC polymer improves the yield of blister-free TBG because of a much slower speed during the tear-step, unlike the PPC polymer which requires a sudden tear, causing graphene to damage. In addition, the PC polymer can withstand a temperature up to 180°C, compared to 120°C of PPC, which allows for an effective removal of blisters during stacking process. A complete TBG device is then characterized by optical microscope and atomic force microscope to verify blister-free area on the device. Finally, Raman spectroscopy is employed to confirm the small twist angle of TBG.
Other Abstract: โครงสร้างหลายชั้นแบบแวนเดอวาลส์ (Van der Waals Heterostructure) สร้างขึ้นจากการซ้อนกันของสารสองมิติจาก สารสองชนิดหรือมากกว่าสองชนิด โดยซ้อนกันและยึดติดกันด้วยแรงแวนเดอวาลส์ โครงสร้างดังกล่าวนี้ถูกสร้างขึ้นและเป็น สิ่งที่ให้คุณสมบัติใหม่ ๆ ได้เพียงจากการซ้อนทับกันของสารสองมิติเป็นชั้น เพื่อสร้างคุณสมบัติทางกายภาพใหม่ รวมทั้งสังเกต ปรากฏการณ์ที่น่าสนใจที่ไม่มีทางพบในสารสองมิติที่ไม่ได้ซ้อนทับกัน ในโครงการวิจัยฟิสิกส์นี้ เราได้พัฒนา อุปกรณ์การทดลองและวิธีการการสร้างโครงสร้างแวนเดอวาลส์ที่ปราศจากบริสเตอร์ (Blister-free van der Waals Heterostructure) โดยการใช้วิธีการหอบหิ้วและเคลื่อนย้าย (Pick-up Transfer Method) เพราะบริสเตอร์ (Blister) สามารถเกิดขึ้นระหว่างกระบวนการการเคลื่อนย้ายและซ้อนกันของสารสองมิติ ซึ่งจะลดคุณภาพการนำไฟฟ้าได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ในโครงการวิจัยฟิสิกส์นี้ ผู้ทำการทดลองมีความตั้งใจที่จะสร้างแกรฟีนสองชั้นที่บิดทำมุมสัมพัทธ์กัน (Twisted Bilayer Graphene หรือ TBG) ซึ่งบิดทำมุมสัมพัทธ์กันด้วยมุมวิเศษ 1.05 องศา จากวิธีการฉีกและซ้อน (Tear-and-stack procedure) โดยจะทำให้เห็นถึงเฟสที่สัมพันธ์กัน (Correlated Phase) เช่น คุณสมบัติการนำไฟฟ้า แบบยิ่งยวด (Superconductivity) และฉนวนม็อต (Mott Insulator) ในที่นี้ ผู้ทดลองใช้โพลิเมอร์สองชนิด คือ พอลิโพรพิลีน คาร์บอเนต (Polypropylene Carbonate หรือ PPC) และ พอลิบิสฟีนอล เอ คาร์บอเนต (Poly(bisphenol A carbonate) หรือ PC) เพื่อใช้ในกระบวนการเคลื่อนย้ายสารสองมิติ ผู้ทดลองได้พบว่าพอลิเมอร์ PC ได้ผลลัพธ์ในด้านการลดการเกิดบริส เตอร์ของ TBG ได้ เนื่องจากการใช้ความเร็วในการซ้อนสารสองมิติที่ช้ากว่ามากเมื่อเทียบกับของพอลิเมอร์ PPC ที่ต้องฉีก แกรฟีนครึ่งหนึ่งอย่างทันทีทันใด ซึ่งนำไปสู่การสร้างความเสียหายให้แกรฟีนได้ อีกทั้งพอลิเมอร์ PC สามารถทนความร้อน ได้สูงถึง 180 องศาเซลเซียส ซึ่งสูงกว่าเมื่อเทียบกับพอลิเมอร์ PPC ที่ทนความร้อนได้เพียง 120 องศาเซลเซียส การขึ้นที่อุณหภูมิสูง ทำให้โอกาสการเกิดบริสเตอร์ระหว่างการซ้อนทับสารสองมิติลดลงได้ อย่างมีประสิทธิภาพ หลังจากที่ TBG สร้างเสร็จสมบูรณ์ TBG นี้จะถูกนำไปตรวจสอบคุณลักษณะเฉพาะโดยใช้กล้องจุลทรรศน์เชิงแสงและกล้องจุลทรรศน์ แบบแรงเชิงอะตอม (Atomic Force Microscope) เพื่อใช้ในการยืนยันพื้นที่ที่ไม่มีบริสเตอร์บน TBG และสุดท้าย ผู้ทดลองใช้ ผลสเปกโทรสโกแบบรามาน (Raman Spectroscopy) เพื่อยืนยันการสร้าง TBG ที่บิดมุมสัมพัทธ์กันว่าสำเร็จไปด้วยดีหรือไม่
Description: โครงงานเป็นส่วนหนึ่งของการศึกษาตามหลักสูตรปริญญาวิทยาศาสตรบัณฑิต ภาควิชาฟิสิกส์ คณะวิทยาศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย ปีการศึกษา 2562
URI: http://cuir.car.chula.ac.th/handle/123456789/80606
Type: Senior Project
Appears in Collections:Sci - Senior Projects

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
62-SP-PHYS-009 - Kittipat Hiraprayoonpong.pdf3.19 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.