Graphene functionalization and seeding for dielectric deposition and device integration

Journal of Vacuum Science and Technology B:Nanotechnology and Microelectronics

Volumn 30, Issue 3, 2012, Pages

  Garces, Nelson Y ^a   Wheeler, Virginia D ^b   Gaskill, D Kurt ^b  

^a SOTERA DEFENSE SOLUTIONS   (United States)

^b NAVAL RESEARCH LABORATORY   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

DIELECTRIC FILMS; FLUORINE; GRAPHENE; OZONE; SURFACE REACTIONS; TRANSPORT PROPERTIES;

ATOMIC SCALE; CHEMICAL COMPOSITIONS; DEVICE INTEGRATION; DIELECTRIC DEPOSITION; ELECTRONIC APPLICATION; ELECTRONIC DEVICE; FUNCTIONALIZATIONS; HIGH FREQUENCY DEVICES; HIGH QUALITY; LOW POWER; LOW-TEMPERATURE DEPOSITION; PRE-TREATMENTS; PRECISE CONTROL; SEED LAYER; SEEDING METHOD; ULTRA-THIN DIELECTRIC FILMS; WET CHEMICALS;

ATOMIC LAYER DEPOSITION;

EID: 84861655494     PISSN: 21662746     EISSN: 21662754     Source Type: Journal    
DOI: 10.1116/1.3693416     Document Type: Review

References (94)

1. K. I. Bolotin, K. J. Sikes, Z. Jiang, M. Klima, G. Fudenberg, J. Hone, P. Kim, and H. L. Stormer, Solid State Commun. 146, 351 (2008). 10.1016/j.ssc.2008.02.024
2. S. V. Morozov, K. S. Novoselov, M. I. Katsnelson, F. Schedin, D. C. Elias, J. A. Jaszczak, and A. K. Geim, Phys. Rev. Lett. 100, 16602 (2008). 10.1103/PhysRevLett.100.016602
3. E. H. Hwang, S. Adam, and S. D. Sarma, Phys. Rev. Lett. 98, 186806 (2007). 10.1103/PhysRevLett.98.186806
4. K. S. Novoselov, A. K. Geim, S. V. Morozov, D. Jiang, Y. Zhang, S. V. Dubonos, I. V. Grigorieva, and A. A. Firsov, Science 306, 666 (2004). 10.1126/science.1102896
5. K. S. Novoselov, A. K. Geim, S. V. Morozov, D. Jiang, M. I. Katsnelson, I. V. Grigorieva, S. V. Dubonos, and A. A. Firsov, Nature 438, 197 (2005). 10.1038/nature04233
6. A. K. Geim and K. S. Novoselov, Nat. Mater. 6, 183 (2007). 10.1038/nmat1849
7. C. Lee, X. D. Wei, J. W. Kysar, and J. Hone, Science 321, 385 (2008). 10.1126/science.1157996
8. A. A. Balandin, S. Ghosh, W. Bao, I. Calizo, D. Teweldebrhan, F. Miao, and C. N. Lau, Nano Lett. 8, 902 (2008). 10.1021/nl0731872
9. K. A. Jenkins, Y. M. Lin, D. Farmer, C. Dimitrakopoulos, H. Y. Chiu, A. Valdes-Garcia, P. Avouris, and A. Grill, in Graphene RF Transistor Performance (ECS Transactions, Vancouver, BC, 2010), pp. 3-13.
10. Y. M. Lin, C. Dimitrakopoulos, K. A. Jenkins, D. B. Farmer, H. Y. Chiu, A. Grill, and P. Avouris, Science 327, 662 (2010). 10.1126/science.1184289
11. D. B. Farmer, H. Y. Chiu, Y. M. Lin, K. A. Jenkins, F. Xia, and P. Avouris, Nano Lett. 9, 4474 (2009). 10.1021/nl902788u
12. J. S. Moon, IEEE Electron Device Lett. 30, 650-652 (2009). 10.1109/LED.2009.2020699
13. J. S. Bunch, A. M. van der Zande, S. S. Verbridge, I. W. Frank, D. M. Tanenbaum, J. M. Parpia, H. G. Craighead, and P. L. McEuen, Science 315, 490 (2007). 10.1126/science.1136836
14. F. Schedin, A. K. Geim, S. V. Morozov, E. W. Hill, P. Blake, M. I. Katsnelson, and K. S. Novoselov, Nat. Mater. 6, 652 (2007). 10.1038/nmat1967
15. K. S. Kim, Nature 457, 706 (2009). 10.1038/nature07719
16. Y. B. Zhang, Y. W. Tan, H. L. Stormer, and P. Kim, Nature 438, 201 (2005). 10.1038/nature04235
17. Y. M. Lin, K. A. Jenkins, V. G. Alberto, J. P. Small, D. B. Farmer, and P. Avouris, Nano Lett. 9, 422 (2009). 10.1021/nl803316h
18. C. Berger, Science 312, 1191 (2006). 10.1126/science.1125925
19. T. Suntola, Mater. Sci. Rep. 4, 261 (1989). 10.1016/S0920-2307(89)80006-4
20. S. M. George, A. W. Ott, and J. W. Klaus, J. Phys. Chem. 100, 13121 (1996). 10.1021/jp9536763
21. R. L. Puurunen, J. Appl. Phys. 97, 1 (2005).
22. R. S. Shishir and D. K. Ferry, J. Phys. Condens. Matter 21, 232204 (2009). 10.1088/0953-8984/21/23/232204
23. A. Konar, T. A. Fang, and D. Jena, Phys. Rev. B 82, 115452 (2010). 10.1103/PhysRevB.82.115452
24. Q. Lu, D. Park, A. Kalnitsky, C. Chang, C. C. Cheng, S. P. Tay, T. J. King, and C. M. Hu, IEEE Electron Device Lett. 19, 341 (1998).
25. B. K. Lee, S. Y. Park, H. C. Kim, K. Cho, E. M. Vogel, M. J. Kim, R. M. Wallace, and J. Y. Kim, Appl. Phys. Lett. 92, 203102 (2008). 10.1063/1.2928228
26. F. Speck, M. Ostler, J. Rohrl, K. V. Emtsev, M. Hundhausen, L. Ley, and T. Seyller, Phys. Status Solidi C 7, 398 (2010). 10.1002/pssc.200982496
27. Y. Xuan, Y. Q. Wu, T. Shen, M. Qi, M. A. Capano, J. A. Cooper, and P. D. Ye, Appl. Phys. Lett. 92, 013101 (2008). 10.1063/1.2828338
28. B. Lee, in Graphene and Emerging Materials for Post-CMOS Applications, edited by, Y. Obeng, S. DeGendt, P. Srinivasan, D. Misra, H. Iwai, Z. Karim, D. W. Hess, and, H. Grebel, (ECS Transactions, San Francisco, 2009), Vol. 19, pp. 225-230.
29. D. B. Farmer and R. G. Gordon, Nano Lett. 6, 699 (2006). 10.1021/nl052453d
30. A. Pirkle, R. M. Wallace, and L. Colombo, Appl. Phys. Lett. 95, 133106 (2009). 10.1063/1.3238560
31. J. A. Robinson, ACS Nano 4, 2667 (2010). 10.1021/nn1003138
32. C. Dimitrakopoulos, J. Vac. Sci. Technol. B 28, 985 (2010). 10.1116/1.3480961
33. N. Y. Garces, V. D. Wheeler, J. K. Hite, G. G. Jernigan, J. L. Tedesco, N. Nepal, C. R. Eddy, Jr., and D. K. Gaskill, J. Appl. Phys. 109, 124304 (2011). 10.1063/1.3596761
34. M. J. Hollander, Nano Lett. 11, 3601 (2011). 10.1021/nl201358y
35. D. W. Boukhvalov, M. I. Katsnelson, and A. I. Lichtenstein, Phys. Rev. B 77, 035427 (2008). 10.1103/PhysRevB.77.035427
36. R. R. Nair, Small 6, 2877 (2010). 10.1002/smll.201001555
37. J. T. Robinson, Nano Lett. 10, 3001 (2010). 10.1021/nl101437p
38. H. Sahin, C. Ataca, and S. Ciraci, Phys. Rev. B 81, 205417 (2010). 10.1103/PhysRevB.81.205417
39. H. Sahin, C. Ataca, and S. Ciraci, Appl. Phys. Lett. 95, 222510 (2009). 10.1063/1.3268792
40. J. O. Sofo, A. S. Chaudhari, and G. D. Barber, Phys. Rev. B 75, 153401 (2007). 10.1103/PhysRevB.75.153401
41. M. Topsakal, S. Cahangirov, and S. Ciraci, Appl. Phys. Lett. 96, 091912 (2010). 10.1063/1.3353968
42. M. Baraket, S. G. Walton, E. H. Lock, J. T. Robinson, and F. K. Perkins, Appl. Phys. Lett. 96, 231501 (2010). 10.1063/1.3436556
43. V. D. Wheeler, N. Y. Garces, L. O. Nyakiti, R. L. Myers-Ward, G. G. Jernigan, J. Culbertson, C. R. E. Jr., and D. K. Gaskill, Carbon 50, 2307 (2012). 10.1016/j.carbon.2012.01.050
44. L. Liao and X. Duan, Mater. Sci. Eng. R 70, 354 (2010). 10.1016/j.mser.2010.07.003
45. L. Liao, J. Bai, Y. Qu, Y. C. Lin, Y. Li, Y. Huang, and X. Duan, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 107, 6711 (2010). 10.1073/pnas.0914117107
46. X. R. Wang, S. M. Tabakman, and H. J. Dai, J. Am. Chem. Soc. 130, 8152 (2008). 10.1021/ja8023059
47. F. H. Yang and R. T. Yang, Carbon 40, 437 (2002). 10.1016/S0008-6223(01) 00199-3
48. K. Zou, X. Hong, D. Keefer, and J. Zhu, Phys. Rev. Lett. 105, 126601 (2010). 10.1103/PhysRevLett.105.126601
49. K. P. Loh, Q. L. Bao, P. K. Ang, and J. X. Yang, J. Mater. Chem. 20, 2277 (2010). 10.1039/b920539j
50. J. Robertson, Rep. Prog. Phys. 69, 327 (2006). 10.1088/0034-4885/69/2/R02
51. I. Meric, M. Y. Han, A. F. Young, B. Ozyilmaz, P. Kim, and K. L. Shepard, Nat. Nanotechnol. 3, 654 (2008). 10.1038/nnano.2008.268
52. S. Sato, K. Yagi, D. Kondo, K. Hayashi, A. Yamada, N. Harada, and N. Yokoyama, ECS Trans. 35, 219 (2011).
53. M. Ishigami, J. H. Chen, W. G. Cullen, M. S. Fuhrer, and E. D. Williams, Nano Lett. 7, 1643 (2007). 10.1021/nl070613a
54. C. Berger, Z. Song, T. Li, X. Li, A. Y. Ogbazghi, R. Feng, Z. Dai, A. N. Marchenkov, E. H. Conrad, P. N. First, and W. A. de Heer, J. Phys. Chem. B 108, 19912 (2004). 10.1021/jp040650f
55. K. V. Emtsev, A. Bostwick, K. Horn, J. Jobst, G. L. Kellogg, L. Ley, J. L. McChesney, T. Ohta, S. A. Reshanov, J. Rohrl, E. Rotenberg, A. K. Schmid, D. Waldmann, H. B. Weber, and T. Seyller, Nat. Mater. 8, 203 (2009). 10.1038/nmat2382
56. B. L. VanMil, R. L. Myers-Ward, J. L. Tedesco, C. R. Eddy, G. G. Jernigan, J. C. Culbertson, P. M. Campbell, J. M. McCrate, S. A. Kitt, and D. K. Gaskill, Silicon Carbide Relat. Mater. 615-617, 211 (2009).
57. G. G. Jernigan, V. D. Wheeler, and N. Y. Garces (unpublished).
58. J. S. Moon, in Development Toward Wafer-Scale Graphene RF Electronics (ECS Transactions, San Francisco, CA, 2009), pp. 35-40.
59. A. Hashimoto, K. Suenaga, A. Gloter, K. Urita, and S. Iijima, Nature 430, 870 (2004). 10.1038/nature02817
60. G. Brauchle, S. Richardschneider, D. Illig, J. Rockenberger, R. D. Beck, and M. M. Kappes, Appl. Phys. Lett. 67, 52 (1995). 10.1063/1.115490
61. B. Lee, ECS Trans. 19, 225 (2009).
62. J. R. Williams, L. DiCarlo, and C. M. Marcus, Science 317, 638 (2007). 10.1126/science.1144657
63. A. Pirkle, S. McDonnell, B. Lee, J. Kim, L. Colombo, and R. M. Wallace, Appl. Phys. Lett. 97, 082901 (2010). 10.1063/1.3479908
64. F. M. Koehler, N. A. Luechinger, D. Ziegler, E. K. Athanassiou, R. N. Grass, A. Rossi, C. Hierold, A. Stemmer, and W. J. Stark, Angew. Chem. Int. Ed. 48, 224 (2009).
65. S. K. Kim, S. W. Lee, C. S. Hwang, Y. S. Min, J. Y. Won, and J. Jeong, J. Electrochem. Soc. 153, F69 (2006). 10.1149/1.2177047
66. P. Majumder, G. Jursich, A. Kueltzo, and C. Takoudis, J. Electrochem. Soc. 155, G152 (2008). 10.1149/1.2929825
67. H. S. Chang, S. K. Baek, H. Park, H. Hwang, J. H. Oh, W. S. Shin, J. H. Yeo, K. H. Hwang, S. W. Nam, H. D. Lee, C. L. Song, D. W. Moon, and M. H. Cho, Electrochem. Solid State Lett. 7, F42 (2004). 10.1149/1.1707031
68. B. Lee, G. Mordi, M. J. Kim, Y. J. Chabal, E. M. Vogel, R. M. Wallace, K. J. Cho, L. Colombo, and J. Kim, Appl. Phys. Lett. 97, 043107 (2010). 10.1063/1.3467454
69. S. Kim, J. Nah, I. Jo, D. Shahrjerdi, L. Colombo, Z. Yao, E. Tutuc, and S. K. Banerjee, Appl. Phys. Lett. 94, 062107 (2009). 10.1063/1.3077021
70. J. H. Chen, C. Jang, S. D. Xiao, M. Ishigami, and M. S. Fuhrer, Nat. Nanotechnol. 3, 206 (2008). 10.1038/nnano.2008.58
71. C. Dimitrakopoulos, J. Vac. Sci. Technol. B 28, 985 (2010). 10.1116/1.3480961
72. L. Yu-Ming, IEEE Electron Device Lett. 32, 1343 (2011).
73. O. M. Nayfeh, T. Marr, and M. Dubey, IEEE Electron Device Lett. 32, 473 (2011). 10.1109/LED.2011.2108258
74. L. Geunsik, L. Bongki, K. Jiyoung, and C. Kyeongjae, J. Phys. Chem. C 113, 14225 (2009). 10.1021/jp904321n
75. S. T. Jackson and R. G. Nuzzo, Appl. Surf. Sci. 90, 195 (1995). 10.1016/0169-4332(95)00079-8
76. G. Beamson, D. T. Clark, and D. S. L. Law, Surf. Interface Anal. 27, 76 (1999). 10.1002/(SICI)1096-9918(199902)27:2<76::AID-SIA470>3.0.CO;2-R
77. D. Briggs and G. Beamson, Anal. Chem. 64, 1729 (1992). 10.1021/ac00039a018
78. P. Stone, S. Poulston, R. A. Bennett, N. J. Price, and M. Bowker, Surf. Sci. 418, 71 (1998). 10.1016/S0039-6028(98)00683-9
79. O. Renault, L. G. Gosset, D. Rouchon, and A. Ermolieff, J. Vac. Sci. Technol. A 20, 1867 (2002). 10.1116/1.1507330
80. M. R. Alexander, G. E. Thompson, and G. Beamson, Surf. Interface Anal. 29, 468 (2000). 10.1002/1096-9918(200007)29:7<468::AID-SIA890>3.0.CO;2-V
81. Y. M. Shulga, T.-C. Tien, C.-C. Huang, S.-C. Lo, V. E. Muradyan, N. V. Polyakova, Y.-C. Ling, R. O. Loutfy, and A. P. Moravsky, J. Electron Spectrosc. Relat. Phenom. 160, 22 (2007). 10.1016/j.elspec.2007.06.002
82. H. Sahin, M. Topsakal, and S. Ciraci, Phys. Rev. B 83, 115432 (2011). 10.1103/PhysRevB.83.115432
83. J. O. Sofo, A. M. Suarez, G. Usaj, P. S. Cornaglia, A. D. Hernandez-Nieves, and C. A. Balseiro, Phys. Rev. B 83, 081411(R) (2011) 10.1103/PhysRevB.83.081411.
84. J. T. Robinson, J. S. Burgess, C. E. Junkermeier, S. C. Badescu, T. L. Reinecke, F. K. Perkins, M. K. Zalalutdniov, J. W. Baldwin, J. C. Culbertson, P. E. Sheehan, and E. S. Snow, Nano Lett. 10, 3001 (2010). 10.1021/nl101437p
85. Y. Lu, S. Bangsaruntip, X. Wang, L. Zhang, Y. Nishi, and H. Dai, J. Am. Chem. Soc. 128, 3518 (2006). 10.1021/ja058836v
86. J. M. P. Alaboson, Q. H. Wang, J. D. Emery, A. L. Lipson, M. J. Bedzyk, J. W. Elam, M. J. Pellin, and M. C. Hersam, ACS Nano 5, 5223 (2011) 10.1021/nn201414d.
87. D. M. Hausmann, E. Kim, J. Becker, and R. G. Gordon, Chem. Mater. 14, 4350 (2002). 10.1021/cm020357x
88. D. K. Gaskill, Graphene and Emerging Materials for Post-CMOS Applications (ECS Transactions, San Francisco, 2009), Vol. 19, 117-124.
89. G. D. Wilk, R. M. Wallace, and J. M. Anthony, J. Appl. Phys. 89, 5243 (2001). 10.1063/1.1361065
90. R. Mahapatra, A. K. Chakraborty, N. Poolamai, A. Horsfall, S. Chattopadhyay, N. G. Wright, K. S. Coleman, P. G. Coleman, and C. P. Burrows, J. Vac. Sci. Technol. B 25, 217 (2007). 10.1116/1.2433976
91. T. Shen, J. J. Gu, M. Xu, Y. Q. Wu, M. L. Bolen, M. A. Capano, L. W. Engel, and P. D. Ye, Appl. Phys. Lett. 95, 172105 (2009). 10.1063/1.3254329
92. S. Kim and E. Tutuc, arXiv:cond-mat/0909.2288v1 (2009).
93. D. B. Farmer, Y. M. Lin, and P. Avouris, Appl. Phys. Lett. 97, 013103 (2010). 10.1063/1.3459972
94. A. Hsu, H. Wang, K. K. Kim, J. Kong, and T. Palacios, Jpn. J. Appl. Phys. 50, 070114 (2011). 10.1143/JJAP.50.070114