We have measured the electrical response to NO2, N2, NH3, and CO for epitaxial graphene and quasi freestanding epitaxial graphene on 6H-SiC substrates. Quasi freestanding epitaxial graphene shows a 6 fold increase in NO2 sensitivity compared to epitaxial graphene. Both samples show a sensitivity better than the experimentally limited 1 ppb. The strong increase in sensitivity of quasi freestanding epitaxial graphene can be explained by a Fermi-energy close to the Dirac point, leading to a strongly surface doping dependent sample resistance. Both sensors show a negligible sensitivity to N2, NH3, and CO.

1.
F.
Schedin
,
A. K.
Geim
,
S. V.
Morozov
,
E. W.
Hill
,
P.
Blake
,
M. I.
Katsnelson
, and
K. S.
Novoselov
,
Nat. Matter
6
,
652
(
2007
).
2.
Y.
Dan
,
Y.
Lu
,
N. J.
Kybert
,
Z.
Luo
, and
A. T. C.
Johnson
,
Nano Lett.
9
,
1472
(
2009
).
3.
S.
Rumyantsev
,
G.
Liu
,
M. S.
Shur
,
R. A.
Potyrailo
, and
A. A.
Balandin
,
Nano Lett.
12
,
2294
(
2012
).
4.
G.
Chen
,
T. M.
Paronyan
, and
A. R.
Harutyunyana
,
Appl. Phys. Lett.
101
,
053119
(
2012
).
5.
A. K.
Singh
,
M. A.
Uddin
,
J. T.
Tolson
,
H.
Maire-Afeli
,
N.
Sbrockey
,
G. S.
Tompa
,
M. G.
Spencer
,
T.
Vogt
,
T. S.
Sudarshan
, and
G.
Koley
,
Appl. Phys. Lett.
102
,
043101
(
2013
).
6.
G.
Lu
,
S.
Park
,
K.
Yu
,
R. S.
Ruoff
,
L. E.
Ocola
,
D.
Rosenmann
, and
J.
Chen
,
ACS Nano
5
,
1154
(
2011
).
7.
G.
Lu
,
L. E.
Ocola
, and
J.
Chen
,
Appl. Phys. Lett.
94
,
083111
(
2009
).
8.
I.-S.
Kang
,
H.-M.
So
,
G.-S.
Bang
,
J.-H.
Kwak
,
J.-O.
Lee
, and
C. W.
Ahn
,
Appl. Phys. Lett.
101
,
123504
(
2012
).
9.
M. W. K.
Nomani
,
R.
Shishir
,
M.
Qazi
,
D.
Diwan
,
V. B.
Shields
,
M. G.
Spencer
,
G. S.
Tompa
,
N. M.
Sbrockey
, and
G.
Koley
,
Sens. Actuators B
150
,
301
(
2010
).
10.
R.
Pearce
,
T.
Iakimov
,
M.
Andersson
,
L.
Hultman
,
A. L.
Spetz
, and
R.
Yakimova
,
Sens. Actuators B
155
,
451
(
2011
).
11.
R. K.
Paul
,
S.
Badhulika
,
N. M.
Saucedo
, and
A.
Mulchandani
,
Anal. Chem.
84
,
8171
(
2012
).
12.
F.
Yavari
,
Z.
Chen
,
A. V.
Thomas
,
W.
Ren
,
H.-M.
Cheng
, and
N.
Koratkar
,
Sci. Rep.
1
,
166
(
2011
).
13.
K.
Wetchakun
,
T.
Samerjai
,
N.
Tamaekong
,
C.
Liewhiran
,
C.
Siriwong
,
V.
Kruefu
,
A.
Wisitsoraat
,
A.
Tuantranont
, and
S.
Phanichphant
,
Sens. Actuators B
160
,
580
(
2011
).
14.
T.
Zhang
,
S.
Mubeen
,
N. V.
Myung
, and
M. A.
Deshusses
,
Nanotechnology
19
,
332001
(
2008
).
15.
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
Th.
Seyller
,
Nat. Mater.
8
,
203
(
2009
).
16.
C.
Riedl
,
C.
Coletti
,
T.
Iwasaki
,
A. A.
Zakharov
, and
U.
Starke
,
Phys. Rev. Lett.
103
,
246804
(
2009
).
17.
C.
Riedl
,
C.
Coletti
, and
U.
Starke
,
J. Phys. D: Appl. Phys.
43
,
374009
(
2010
).
18.
See supplementary material at http://dx.doi.org/10.1063/1.4816762 for Raman map images of the 2D/G peak intensity ratios showing the number of graphene layers on eG and QFeG.
19.
A. C.
Ferrari
,
J. C.
Meyer
,
V.
Scardaci
,
C.
Casiraghi
,
M.
Lazzeri
,
F.
Mauri
,
S.
Piscanec
,
D.
Jiang
,
K. S.
Novoselov
,
S.
Roth
, and
A. K.
Geim
,
Phys. Rev. Lett.
97
,
187401
(
2006
).
20.
F.
Speck
,
J.
Jobst
,
F.
Fromm
,
M.
Ostler
,
D.
Waldmann
,
M.
Mundhausen
,
H. B.
Weber
, and
Th.
Seyller
,
Appl. Phys. Lett.
99
,
122106
(
2011
).
21.
S.
Tanabe
,
Y.
Sekine
,
H.
Kageshima
,
M.
Nagase
, and
H.
Hibino
,
Phys. Rev. B
84
,
115458
(
2011
).
22.
C.
Yu
,
J.
Li
,
Q. B.
Liu
,
S. B.
Dun
,
Z. Z.
He
,
X. W.
Zhang
,
S. J.
Cai
, and
Z. H.
Feng
,
Appl. Phys. Lett.
102
,
013107
(
2013
).
23.
A. J. M.
Giesbers
,
P.
Prochazka
, and
C. F. J.
Flipse
,
Phys. Rev. B
87
,
195405
(
2013
).
24.
T.
Low
,
V.
Perebeinos
,
J.
Tersoff
, and
Ph.
Avouris
,
Phys. Rev. Lett.
108
,
096601
(
2012
).
25.
O.
Leenaerts
,
B.
Partoens
, and
F. M.
Peeters
,
Phys. Rev. B
77
,
125416
(
2008
).
26.
T. O.
Wehling
,
M. I.
Katsnelson
, and
A. I.
Lichtenstein
,
Chem. Phys. Lett.
476
,
125
(
2009
).
27.
D.
Waldmann
,
J.
Jobst
,
F.
Speck
,
Th.
Seyller
,
M.
Krieger
, and
H. B.
Weber
,
Nat. Mater.
10
,
357
(
2011
).
28.
Z.
Cheng
,
Q.
Zhou
,
C.
Wang
,
Q.
Li
,
C.
Wang
, and
Y.
Fang
,
Nano Lett.
11
,
767
(
2011
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.