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지식나눔

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그래핀을 AFM분석시 궁금합니다.

2017-12-13 org.kosen.entty.User@15e1d31a 변성천(rg1000)
  • 3
그래핀을 분석시 TEM, AFM 그리고 라만 분광계를 이용해서 분석를 합니다.
라만 분광계를 이용해서 그래핀의 레이어수를 알 수 있다고 합니다.

그런데, AFM으로 싱글 레이어 생각되는 그래핀을 분석하여 단차를 확인하여 보면
보통 1nm정도입니다.  논문에서도 그렇게 표현하고 있고요.
그래핀의 두께는 0.2nm인데
왜 1nm로 분석되는지 궁금합니다.
  • 그래핀
  • AFM
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답변 3
  • 답변

    백아름님의 답변

    2017-12-14
    • 1

    첨부파일

    rg1000님과 같은 질문을 가지고 연구한 논문이 있습니다.
    아래에 해당논문을 첨부하였습니다.
    참고하시길 바라겠습니다.

    질문에 대해 간단히 대답하자면,
    Single layer graphene의 thickness는 실제 0.3 nm 수준이나, AFM으로 측정시에 말씀하셨던 바와 같이 여러 논문에서 0.4-1.7 nm로 다양하게 관찰됩니다.
    그 이유는 AFM의 원리와도 관련이 있습니다.
    아시다시피 AFM의 cantilever (tip)가 시료의 표면을 읽어 이미지화 하는 것인데, tip과 surface 간의 interaction에 의해 이러한 error(?) 값이 생깁니다.
    많은 논문에서 약 1nm 수준으로 관찰되는 것은 허용가능한 range 내에 속하는 것으로 실제값과는 차이가 나지만 single layer로 생각하는 것이죠.
    첨부해드린 논문의 figure 2를 보시면 peak force set point를 높일수록 이러한 차이값이 점차 작아져 실제값에 가까운 thickness가 관찰됨을 알 수 있습니다.
    답변수정
    rg1000님과 같은 질문을 가지고 연구한 논문이 있습니다.
    아래에 해당논문을 첨부하였습니다.
    참고하시길 바라겠습니다.

    질문에 대해 간단히 대답하자면,
    Single layer graphene의 thickness는 실제 0.3 nm 수준이나, AFM으로 측정시에 말씀하셨던 바와 같이 여러 논문에서 0.4-1.7 nm로 다양하게 관찰됩니다.
    그 이유는 AFM의 원리와도 관련이 있습니다.
    아시다시피 AFM의 cantilever (tip)가 시료의 표면을 읽어 이미지화 하는 것인데, tip과 surface 간의 interaction에 의해 이러한 error(?) 값이 생깁니다.
    많은 논문에서 약 1nm 수준으로 관찰되는 것은 허용가능한 range 내에 속하는 것으로 실제값과는 차이가 나지만 single layer로 생각하는 것이죠.
    첨부해드린 논문의 figure 2를 보시면 peak force set point를 높일수록 이러한 차이값이 점차 작아져 실제값에 가까운 thickness가 관찰됨을 알 수 있습니다.
    변성천(rg1000) 2017-12-27

    감사합니다.

  • 답변

    김병관님의 답변

    2017-12-14
    • 1
    그래핀 레이어 수는 많은 논문들에서 분석해서 ref를 통해서 유추하실 수 있습니다.
    Raman에서 그래핀의 D, G peak의 shift된 정도를 통해서 수를 계산할 수 있고, 보통은 SiO2/Si wafer 위에 올렸을 때의 명암 차이로 현미경에서 구분 가능합니다.

    AFM의 resolution이 ~1 nm 수준이라 image의 단차를 통해서 정확한 레이어 수를 알기는 힘듭니다. Raman이 제일 좋다고 생각되고 좁은 면적인 경우는 STM으로 분석해야합니다.

    http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0038109807002967
    http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S000862230900030X
    http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0038109807002979
    http://instanano.com/characterization/experimental/raman-graphene/
    답변수정
    그래핀 레이어 수는 많은 논문들에서 분석해서 ref를 통해서 유추하실 수 있습니다.
    Raman에서 그래핀의 D, G peak의 shift된 정도를 통해서 수를 계산할 수 있고, 보통은 SiO2/Si wafer 위에 올렸을 때의 명암 차이로 현미경에서 구분 가능합니다.

    AFM의 resolution이 ~1 nm 수준이라 image의 단차를 통해서 정확한 레이어 수를 알기는 힘듭니다. Raman이 제일 좋다고 생각되고 좁은 면적인 경우는 STM으로 분석해야합니다.

    http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0038109807002967
    http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S000862230900030X
    http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0038109807002979
    http://instanano.com/characterization/experimental/raman-graphene/
    변성천(rg1000) 2017-12-27

    감사합니다.

  • 답변

    김철주님의 답변

    2017-12-15
    • 1
    AFM을 수년간 사용해온 사람으로서 몇가지만 말씀드리자면
    (그래핀 측정은 경험이 풍부하지는 않지만)
    저같은 경우 APTES처리된 Si-wafer에서 샘플을 놓기전 기반 morphology가 APTES를 처리하면 
    0.2~0.4 nm정도로 roughness가 변화하기 때문에 기반 roughness 확인을 위해
    높이 1nm 이하의 스케일로 종종 측정하곤 했는데
    그래핀정도라면 실제 측정 parameter나 tip의 종류를 바꿔가며 
    혹은 실제두께와 가깝게 측정된 논문들에서 사용된 tip종류나 parameter를 보고
    실험을 하며 측정오차를 줄여나갈수 밖에 없습니다.

    그리고 또 한가지 팁을 말씀드리자면 그래핀막 위에 tip을 두고 force-distance curve를 
    측정해보는 것도 실제 박막두께를 측정하는데 도움이 될 수 있습니다.
    (실제로 그래핀과 접촉이 된 시점부터 force가 올라가겠죠?)  
    답변수정
    AFM을 수년간 사용해온 사람으로서 몇가지만 말씀드리자면
    (그래핀 측정은 경험이 풍부하지는 않지만)
    저같은 경우 APTES처리된 Si-wafer에서 샘플을 놓기전 기반 morphology가 APTES를 처리하면 
    0.2~0.4 nm정도로 roughness가 변화하기 때문에 기반 roughness 확인을 위해
    높이 1nm 이하의 스케일로 종종 측정하곤 했는데
    그래핀정도라면 실제 측정 parameter나 tip의 종류를 바꿔가며 
    혹은 실제두께와 가깝게 측정된 논문들에서 사용된 tip종류나 parameter를 보고
    실험을 하며 측정오차를 줄여나갈수 밖에 없습니다.

    그리고 또 한가지 팁을 말씀드리자면 그래핀막 위에 tip을 두고 force-distance curve를 
    측정해보는 것도 실제 박막두께를 측정하는데 도움이 될 수 있습니다.
    (실제로 그래핀과 접촉이 된 시점부터 force가 올라가겠죠?)  
    변성천(rg1000) 2017-12-27

    감사합니다.

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