Growth of monolayer, bi-layer, and tri-layer single-crystalline graphene (SCG) using chemical vapor deposition method is reported. SCG's mechanical properties and single-crystalline nature were characterized and verified by atomic force microscope and Raman spectroscopy. Electro-mechanical switches based on mono- and bi-layer SCG were fabricated, and the superb properties of SCG enable the switches to operate at pull-in voltage as low as 1 V, and high switching speed about 100 ns. These devices exhibit lifetime without a breakdown of over 5000 cycles, far more durable than any other graphene nanoelectromechanical system switches reported.

1.
A. M.
van der Zande
,
R. A.
Barton
,
J. S.
Alden
,
C. S.
Ruiz-Vargas
,
W. S.
Whitney
,
P. H. Q.
Pham
,
J.
Park
,
J. M.
Parpia
,
H. G.
Craighead
, and
P. L.
McEuen
,
Nano Lett.
10
,
4869
(
2010
).
2.
K. M.
Milaninia
,
M. A.
Baldo
,
A.
Reina
, and
J.
Kong
,
Appl. Phys. Lett.
95
,
183105
(
2009
).
3.
I. J.
Cho
,
T.
Song
,
S. H.
Baek
, and
E.
Yoon
,
IEEE Trans. Microwave Theory Tech.
53
,
2450
(
2005
).
4.
R.
Badzey
,
G.
Zolfagharkhani
,
A.
Gaidarzhy
, and
P.
Mohanty
,
Appl. Phys. Lett.
85
,
3587
(
2004
).
5.
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
).
6.
C.
Lee
,
X.
Wei
,
J. W.
Kysar
, and
J.
Hone
,
Science
321
,
385
(
2008
).
7.
X.
Li
,
W.
Cai
,
J.
An
,
S.
Kim
,
J.
Nah
,
D.
Yang
,
R.
Piner
,
A.
Velamakanni
,
I.
Jung
,
E.
Tutuc
,
S. K.
Banerjee
,
L.
Colombo
, and
R. S.
Ruoff
,
Science
324
,
1312
(
2009
).
8.
Q.
Yu
,
L. A.
Jauregui
,
W.
Wu
,
R.
Colby
,
J.
Tian
,
Z.
Su
,
H.
Cao
,
Z.
Liu
,
D.
Pandey
,
D.
Wei
,
T. F.
Chung
,
P.
Peng
,
N. P.
Buisinger
,
E. A.
Stach
,
J.
Bao
,
S. S.
Pei
, and
Y. P.
Chen
,
Nature Mater.
10
,
443
(
2011
).
9.
X.
Li
,
C. W.
Magnuson
,
A.
Venugopal
,
J.
An
,
J. W.
Suk
,
B.
Han
,
M.
Borysiak
,
W.
Cai
,
A.
Velamakanni
,
Y.
Zhu
,
L.
Fu
,
E. M.
Vogel
,
E.
Voelkl
,
L.
Colombo
, and
R. S.
Ruoff
,
Nano Lett.
10
,
4328
(
2010
).
10.
K. S.
Kim
,
Y.
Zhao
,
H.
Jang
,
S. Y.
Lee
,
J. M.
Kim
,
K. S.
Kim
,
J. H.
Ahn
,
P.
Kim
,
J. Y.
Choi
, and
B. H.
Hong
,
Nature
457
,
706
(
2009
).
11.
L.
Gao
,
W.
Ren
,
H.
Wu
,
L.
Jin
,
Z.
Wang
,
T.
Ma
,
L. P.
Ma
,
Z.
Zhang
,
Q.
Fu
,
L. M.
Peng
,
X.
Bao
, and
H. M.
Cheng
,
Nat. Commun.
3
,
699
(
2012
).
12.
Y.
Hao
,
M. S.
Bharathi
,
L.
Wang
,
Y.
Liu
,
H.
Chen
,
S.
Nie
,
X.
Wang
,
H.
Chou
,
C.
Tan
,
B.
Fallahazad
,
H.
Ramanarayan
,
C. W.
Magnuson
,
E.
Tutuc
,
B. I.
Yakobson
,
K. F.
McCarty
,
Y. W.
Zhang
,
P.
Kim
,
J.
Hone
,
L.
Colombo
, and
R. S.
Ruoff
,
Science
342
,
720
(
2013
).
13.
S.
Chen
,
H.
Ji
,
H.
Chou
,
Q.
Li
,
H.
Li
,
J. W.
Suk
,
R.
Piner
,
L.
Liao
,
W.
Cai
, and
R. S.
Ruoff
,
Adv. Mater.
25
,
2062
(
2013
).
14.
Z.
Yan
,
J.
Lin
,
Z. W.
Peng
,
Z. Z.
Sun
,
Y.
Zhu
,
L.
Li
,
C. S.
Xiang
,
E. L.
Samuel
,
C.
Kittrell
, and
J. M.
Tour
,
ACS Nano
7
,
2872
(
2013
).
15.
Y. A.
Wu
,
Y.
Fan
,
S.
Speler
,
G. L.
Creeth
,
J. T.
Sadowski
,
K.
He
,
A. W.
Robertson
,
C. S.
Allen
, and
J. H.
Warner
,
ACS Nano
6
,
5010
(
2012
).
16.
G. H.
Lee
,
R. C.
Cooper
,
S. J.
An
,
S.
Lee
,
A.
van der Zande
,
N.
Petrone
,
A. G.
Hammerberg
,
C.
Lee
,
B.
Crawford
,
W.
Oliver
,
J. W.
Kysar
, and
J.
Hone
,
Science
340
,
1073
(
2013
).
17.
H. I.
Rasool
,
C.
Ophus
,
W. S.
Klug
,
A.
Zettl
, and
J. K.
Gimzewski
,
Nat. Commun.
4
,
2811
(
2013
).
18.
K.
Yagi
,
A.
Yamada
,
K.
Hayashi
,
N.
Harada
,
S.
Sato
, and
N.
Yokoyama
,
Jpn. J. Appl. Phys.
52
,
110106
(
2013
).
19.
Y.
Xue
,
B.
Wu
,
L.
Jiang
,
Y.
Guo
,
L.
Huang
,
J.
Chen
,
J.
Tan
,
D.
Geng
,
B.
Luo
,
W.
Hu
,
G.
Yu
, and
Y.
Liu
,
J. Am. Chem. Soc.
134
,
11060
(
2012
).
20.
A. T.
Murdock
,
A.
Koos
,
T.
Ben Britton
,
L.
Houben
,
T.
Batten
,
T.
Zhang
,
A. J.
Wilkinson
,
R. E.
Dunin-Borkowski
,
C. E.
Lekka
, and
N.
Grobert
,
ACS Nano
7
,
1351
(
2013
).
21.
D. L.
Duong
,
G. H.
Han
,
S. M.
Lee
,
F.
Gunes
,
E. E.
Kim
,
S. T.
Kim
,
H.
Kim
,
Q. H.
Ta
,
K. P.
So
,
S. J.
Yoon
,
S. J.
Chae
,
Y. W.
Jo
,
M. H.
Park
,
S. H.
Chae
,
S. C.
Lim
,
J. Y.
Choi
, and
Y. H.
Lee
,
Nature
490
,
235
(
2012
).
22.
Z.
Cheng
,
Q.
Zhou
,
C.
Wang
,
Q.
Li
,
C.
Wang
, and
Y.
Fang
,
Nano Lett.
11
,
767
(
2011
).
23.
W.
Wu
,
L. A.
Jauregui
,
Z.
Su
,
Z.
Liu
,
J.
Bao
,
Y. P.
Chen
, and
Q.
Yu
,
Adv. Mater.
23
,
4898
(
2011
).
24.
C.
Gomez-Navarro
,
M.
Burghard
, and
K.
Kern
,
Nano Lett.
8
,
2045
(
2008
).
25.
I. W.
Frank
,
D. M.
Tanenbaum
,
A. M.
Van der Zande
, and
P. L.
McEuen
,
J. Vac. Sci. Technol. B
25
,
2558
(
2011
).
26.
Z. W.
Shi
,
H. L.
Lu
,
L. C.
Zhang
,
R.
Yang
,
Y.
Wang
,
D. H.
Liu
,
H. M.
Guo
,
D. X.
Shi
,
H. J.
Gao
,
E. G.
Wang
, and
G. Y.
Zhang
,
Nano Res.
5
,
82
(
2012
).
You do not currently have access to this content.