We report an approach of wafer-scale addressable single-crystalline graphene (SCG) arrays growth by using pre-patterned seeds to control the nucleation. The growth mechanism and superb properties of SCG were studied. Large array of free-standing SCG devices were realized. Characterization of SCG as nano switches shows excellent performance with life time (>22 000 times) two orders longer than that of other graphene nano switches reported so far. This work not only shows the possibility of producing wafer-scale high quality SCG device arrays but also explores the superb performance of SCG as nano devices.

1.
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
).
2.
X.
Du
,
I.
Skachko
,
A.
Barker
, and
E.
Andrei
,
Nat. Nanotechnol.
3
,
491
(
2008
).
3.
A. A.
Balandin
,
S.
Ghosh
,
W.
Bao
,
I.
Calizo
,
D.
Teweldebrhan
,
F.
Miao
, and
C. N.
Lau
,
Nano Lett.
8
,
902
(
2008
).
4.
X.
Li
,
X.
Wang
,
L.
Zhang
,
S.
Lee
, and
H.
Dai
,
Science
319
,
1229
(
2008
).
5.
Y. M.
Lin
,
C.
Dimitrakpoulos
,
K. A.
Jenkins
,
D. B.
Farmer
,
H. Y.
Chiu
,
A.
Grill
, and
P.
Avouris
,
Science
327
,
662
(
2010
).
6.
F.
Schwierz
,
Nat. Nanotechnol.
5
,
487
(
2010
).
7.
Y.
Zhang
,
T. T.
Tang
,
C.
Girit
,
Z.
Hao
,
M. C.
Martin
,
A.
Zettl
,
M. F.
Crommie
,
Y. R.
Shen
, and
F.
Wang
,
Nature
459
,
820
(
2009
).
8.
J.
Song
,
F. Y.
Kam
,
R. Q.
Png
,
W. L.
Seah
,
J. M.
Zhuo
,
G. K.
Lim
,
P. K. H.
Ho
, and
L. L.
Chua
,
Nat. Nanotechnol.
8
,
356
(
2013
).
9.
C.
Lee
,
X.
Wei
,
J. W.
Kysar
, and
J.
Hone
,
Science
321
,
385
(
2008
).
10.
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
).
11.
J. S.
Bunch
,
A. M. V.
Zande
,
S. S.
Verbridge
,
L. W.
Frank
,
D. M.
Tanenbaum
,
J. M.
Parpia
,
H. G.
Craighead
, and
P. L.
McEuen
,
Science
315
,
490
(
2007
).
12.
C.
Chen
,
S.
Rosenblatt
,
K. I.
Bolotin
,
W.
Kalb
,
I.
Kymissis
,
H. L.
Stormer
,
T. F.
Heinz
, and
J.
Hone
,
Nat. Nanotechnol.
4
,
861
(
2009
).
13.
C.
Gomez-Navarro
,
M.
Burghard
, and
K.
Kern
,
Nano Lett.
8
,
2045
(
2008
).
14.
C.
Chen
,
S.
Lee
,
V. V.
Deshpande
,
G. H.
Lee
,
M.
Lekas
,
K.
Shepard
, and
J.
Hone
,
Nat. Nanotechnol.
8
,
923
(
2013
).
15.
X.
Liang
,
Z.
Fu
, and
S. Y.
Chuo
,
Nano Lett.
7
,
3840
(
2007
).
16.
L.
Song
,
L.
Ci
,
W.
Gao
, and
P. M.
Ajayan
,
ACS Nano
3
,
1353
(
2009
).
17.
S.
Shivaraman
,
R. A.
Barton
,
X.
Yu
,
J.
Alden
,
L.
Herman
,
M.
Chandrashekhar
,
J.
Park
,
P. L.
McEuem
,
J. M.
Parpia
,
H. G.
Craighead
, and
M. G.
Spencer
,
Nano Lett.
9
,
3100
(
2009
).
18.
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
).
19.
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
).
20.
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
).
21.
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
).
22.
A.
Reina
,
X.
Jia
,
J.
Ho
,
D.
Nezich
,
H.
Son
,
V.
Bulovic
,
M. S.
Dresselhaus
, and
J.
Kong
,
Nano Lett.
9
,
30
(
2009
).
23.
J.
Kwak
,
J. H.
Chu
,
J. K.
Choi
,
S. D.
Park
,
H.
Go
,
S. Y.
Kim
,
K.
Park
,
S. D.
Kim
,
Y. W.
Kim
,
E.
Yoon
,
S.
Kodambaka
, and
S. Y.
Kwon
,
Nat. Commun.
3
,
645
(
2012
).
24.
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
).
25.
H. I.
Rasool
,
C.
Ophus
,
W. S.
Klug
,
A.
Zettl
, and
J. K.
Gimzewski
,
Nat. Commun.
4
,
2811
(
2013
).
26.
Y.
Zheng
,
J.
Lin
,
Z.
Peng
,
Z.
Sun
,
L.
Li
,
C.
Xiang
,
E. L.
Samuel
,
C.
Kittrell
, and
J. M.
Tour
,
ACS Nano
7
,
2872
(
2013
).
27.
X.
Li
,
C. W.
Magnuson
,
A.
Venugopal
,
J.
An
,
J. W.
Suk
,
B.
Han
,
M.
Borysiak
,
W.
Cai
,
A.
Velamakanni
,
W.
Zhu
,
L.
Fu
,
E. M.
Vogel
,
E.
Voelkl
,
L.
Colombom
, and
R. S.
Ruoff
,
Nano Lett.
10
,
4328
(
2010
).
28.
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
).
29.
G.
Eres
,
M.
Regmi
,
C. M.
Rouleau
,
J.
Chen
,
L. N.
Ivanov
,
A. A.
Puretzky
, and
D. B.
Geohegan
,
ACS Nano
8
,
5657
(
2014
).
30.
C. C.
Wang
,
W.
Chen
,
C.
Han
,
G.
Wang
,
B. B.
Tang
,
C. X.
Tang
,
Y.
Wang
,
W. N.
Zou
,
W.
Chen
, and
X. A.
Zhang
,
Sci. Rep. - UK
4
,
4537
(
2014
).
31.
W.
Wu
,
L. A.
Jauregui
,
Z.
Su
,
Z.
Liu
,
J.
Bao
,
Y. P.
Chen
, and
Q.
Yu
,
Adv. Mater.
23
,
4898
(
2011
).
32.
K. M.
Milaninia
,
M. A.
Baldo
,
A.
Reina
, and
J.
Kong
,
Appl. Phys. Lett.
95
,
183105
(
2009
).
33.
S. M.
Kim
,
E. B.
Song
,
S.
Lee
,
S.
Seo
, and
D. H.
Seo
,
Appl. Phys. Lett.
99
,
023103
(
2011
).
34.
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
).
35.
S. P.
Koenig
,
N. G.
Boddeti
,
M. L.
Dunn
, and
J. S.
Bunch
,
Nat. Nanotechnol.
6
,
543
(
2011
).
36.
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
).
37.
C. R.
Dean
,
A. F.
Young
,
M. C.
Lee
,
S.
Sorgenfrei
,
K.
Watanabe
,
T.
Taniguchi
,
P.
Kim
,
K. L.
Shepard
, and
J.
Hone
,
Nat. Nanotechnol.
5
,
722
(
2010
).
38.
P.
Li
,
Z.
You
, and
T.
Cui
,
Appl. Phys. Lett.
101
,
093111
(
2012
).
39.
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.