Raman mapping is performed to study the lateral damage in supported monolayer graphene carved by 30 keV focused Ga+ beams. The evolution of the lateral damage is tracked based on the profiles of the intensity ratio between the D (1341 cm−1) and G (1582 cm−1) peaks (ID/IG) of the Raman spectra. The ID/IG profile clearly reveals the transition from stage 2 disorder into stage 1 disorder in graphene along the direction away from the carved area. The critical lateral damage distance spans from <1 μm up to more than 30 μm in the experiment, depending on the parameters used for carving the graphene. The wide damage in the lateral direction is attributed to the deleterious tail of unfocused ions in the ion beam probe. The study raises the attention on potential sample damage during direct patterning of graphene nanostructures using the focused ion beam technique. Minimizing the total carving time is recommended to mitigate the lateral damage.

1.
A. K.
Geim
and
K. S.
Novoselov
,
Nat. Mater.
6
,
183
(
2007
).
2.
W. J.
Ong
,
L. L.
Tan
,
S. P.
Chai
, and
S. T.
Yong
,
Chem. Commun.
51
,
858
(
2015
).
3.
H.
Xu
,
P.
Wu
,
C.
Liao
,
C.
Lv
, and
Z.
Gu
,
Chem. Commun.
50
,
8591
(
2014
).
4.
Y. T.
Xu
,
Y.
Guo
,
C.
Li
,
X. Y.
Zhou
,
M. C.
Tucker
,
X. Z.
Fu
,
R.
Su
, and
C. P.
Wong
,
Nano Energy
11
,
38
(
2015
).
5.
D.
Yoo
,
J.
Kim
, and
J. H.
Kim
,
Nano Res.
7
,
717
(
2014
).
6.
W. J.
Ong
,
L. L.
Tan
,
S. P.
Chai
,
S. T.
Yong
, and
A. R.
Mohamed
,
Nano Res.
7
,
1528
(
2014
).
7.
W. J.
Ong
,
S. Y.
Voon
,
L. L.
Tan
,
B. T.
Goh
,
S. T.
Yong
, and
S. P.
Chai
,
Ind. Eng. Chem. Res.
53
,
17333
(
2014
).
8.
P. Y.
Huang
,
C. S.
Ruiz-Vargas
,
A. M.
Zande
,
W. S.
Whitney
,
M. P.
Levendorf
,
J. W.
Kevek
,
S.
Garg
,
J. S.
Alden
,
C. J.
Hustedt
,
Y.
Zhu
,
J.
Park
,
P. L.
McEuen
, and
D. A.
Muller
,
Nature
469
,
389
(
2011
).
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.
Zande
,
N.
Petrone
,
A. G.
Hammerberg
,
C.
Lee
,
B.
Crawford
,
W.
Oliver
,
J. W.
Kysar
, and
J.
Hone
,
Science
340
,
1073
(
2013
).
11.
H. I.
Rasool
,
C.
Ophus
,
W. S.
Klug
,
A.
Zettl
, and
J. K.
Gimzewski
,
Nat. Commun.
4
,
2811
(
2013
).
12.
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
,
016602
(
2008
).
13.
H. B.
Heersche
,
P.
Jarillo-Herrero
,
J. B.
Oostinga
,
L. M. K.
Vandersypen
, and
A.
Morpurgo
,
Nature
446
,
56
(
2007
).
14.
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
).
15.
A. A.
Balandin
,
Nat. Mater.
10
,
569
(
2011
).
16.
E.
Pop
,
V.
Varshney
, and
A. K.
Roy
,
MRS Bull.
37
,
1273
(
2012
).
17.
R. R.
Nair
,
P.
Blake
,
A. N.
Grigorenko
,
K. S.
Novoselov
,
T. J.
Booth
,
T.
Stauber
,
N. M. R.
Peres
, and
A. K.
Geim
,
Science
320
,
1308
(
2008
).
18.
K. S.
Novoselov
,
D.
Jiang
,
F.
Schedin
,
T. J.
Booth
,
V. V.
Khotkevich
,
S. V.
Morozov
, and
A. K.
Geim
,
Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A.
102
,
10451
(
2005
).
19.
K. S.
Novoselov
,
V. I.
Falko
,
L.
Colombo
,
P. R.
Gellert
,
M. G.
Schwab
, and
K.
Kim
,
Nature
490
,
192
(
2012
).
20.
Q.
Yan
,
B.
Huang
,
J.
Yu
,
F.
Zheng
,
J.
Zang
,
J.
Wu
,
B.
Gu
,
F.
Liu
, and
W.
Duan
,
Nano Lett.
7
,
1469
(
2007
).
21.
X.
Liang
and
S.
Wi
,
ACS Nano
6
,
9700
(
2012
).
22.
K. S.
Novoselov
,
Z.
Jiang
,
Y.
Zhang
,
S. V.
Morozov
,
H. L.
Stormer
,
U.
Zeitler
,
G. S.
Boebinger
,
P.
Kim
, and
A. K.
Geim
,
Science
315
,
1379
(
2007
).
23.
M. Y.
Han
,
B.
Ozyilmaz
,
Y.
Zhang
, and
P.
Kim
,
Phys. Rev. Lett.
98
,
206805
(
2007
).
24.
S.
Heydrich
,
M.
Hirmer
,
C.
Preis
,
T.
Korn
,
J.
Eroms
,
D.
Weiss
, and
C.
Schüller
,
Appl. Phys. Lett.
97
,
043113
(
2010
).
25.
Y.
Lu
,
C. A.
Merchant
,
M.
Drndic
, and
A. T. C.
Johnson
,
Nano Lett.
11
,
5184
(
2011
).
26.
M. D.
Fischbein
and
M.
Drndic
,
Appl. Phys. Lett.
93
,
113107
(
2008
).
27.
F.
Börrnert
,
L.
Fu
,
S.
Gorantla
,
M.
Knupfer
,
B.
Büchner
, and
M. H.
Rümmeli
,
ACS Nano
6
,
10327
(
2012
).
28.
Z. J.
Qi
,
J. A.
Rodriguez-Manzo
,
A. R.
Botello-Mendez
,
S. J.
Hong
,
E. A.
Stach
,
Y. W.
Park
,
J. C.
Charlier
,
M.
Drndic
, and
A. T. C.
Johnson
,
Nano Lett.
14
,
4238
(
2014
).
29.
L.
Weng
,
L.
Zhang
,
Y. P.
Chen
, and
L. P.
Rokhinson
,
Appl. Phys. Lett.
93
,
093107
(
2008
).
30.
S.
Masubuchi
,
M.
Ono
,
K.
Yoshida
,
K.
Hirakawa
, and
T.
Machida
,
Appl. Phys. Lett.
94
,
082107
(
2009
).
31.
R. K.
Puddy
,
P. H.
Scard
,
D.
Tyndall
,
M. R.
Connolly
,
C. G.
Smith
,
G. A. C.
Jones
,
A.
Lombardo
,
A. C.
Ferrari
, and
M. R.
Buitelaar
,
Appl. Phys. Lett.
98
,
133120
(
2011
).
32.
Y.
Zhang
,
Y.
Gao
,
L.
Liu
,
N.
Xi
,
Y.
Wang
,
L.
Ma
,
Z.
Dong
, and
U. C.
Wejinya
,
Appl. Phys. Lett.
101
,
213101
(
2012
).
33.
L.
Tapaszto
,
G.
Dobrik
,
P.
Lambin
, and
L. P.
Biro
,
Nat. Nanotechnol.
3
,
397
(
2008
).
34.
P.
Nemes-Incze
,
L.
Tapaszto
,
G.
Zs. Magda
,
Z.
Osvath
,
G.
Dobrik
,
X.
Jin
,
C.
Hwang
, and
L. P.
Biro
,
Appl. Surf. Sci.
291
,
48
(
2014
).
35.
D.
Lucot
,
J.
Gierak
,
A.
Ouerghi
,
E.
Bourhis
,
G.
Faini
, and
D.
Mailly
,
Microelectron. Eng.
86
,
882
(
2009
).
36.
M. C.
Lemme
,
D. C.
Bell
,
J. R.
Williams
,
L. A.
Stern
,
B. W. H.
Baugher
,
P.
Jarillo-Herrero
, and
C. M.
Marcus
,
ACS Nano
3
,
2674
(
2009
).
37.
D. C.
Bell
,
M. C.
Lemme
,
L. A.
Stern
,
J. R.
Williams
, and
C. M.
Marcus
,
Nanotechnology
20
,
455301
(
2009
).
38.
N.
Bassim
,
K.
Scott
, and
L. A.
Giannuzzi
,
MRS Bull.
39
,
317
(
2014
).
39.
A.
Morin
,
D.
Lucot
,
A.
Querghi
,
G.
Patriarche
,
E.
Bourhis
,
A.
Madouri
,
C.
Ulysse
,
J.
Pelta
,
L.
Auvray
,
R.
Jede
,
L.
Bruchhaus
, and
J.
Gierak
,
Microelectron. Eng.
97
,
311
(
2012
).
40.
Y.
Zhang
,
C.
Hui
,
R.
Sun
,
K.
Li
,
K.
He
,
X.
Ma
, and
F.
Liu
,
Nanotechnology
25
,
135301
(
2014
).
41.
B. S.
Archanjo
,
A. P. M.
Barboza
,
B. R. A.
Neves
,
L. M.
Malard
,
E. H. M.
Ferreira
,
J. C.
Brant
,
E. S.
Alves
,
F.
Plentz
,
V.
Carozo
,
B.
Fragneaud
,
I. O.
Maciel
,
C. M.
Almeida
,
A.
Jorio
, and
C. A.
Achete
,
Nanotechnology
23
,
255305
(
2012
).
42.
S.
Hang
,
Z.
Moktadir
, and
H.
Mizuta
,
Carbon
72
,
233
(
2014
).
43.
K.
Celebi
,
J.
Buchheim
,
R. M.
Wyss
,
A.
Droudian
,
P.
Gasser
,
I.
Shorubalko
,
J.
Kye
,
C.
Lee
, and
H. G.
Park
,
Science
344
,
289
(
2014
).
44.
L. C.
Campos
,
V. R.
Manfrinato
,
J. D.
Sanchez-Yamagishi
,
J.
Kong
, and
P.
Jarillo-Herrero
,
Nano Lett.
9
,
2600
(
2009
).
45.
C. X.
Cong
,
T.
Yu
,
Z. H.
Ni
,
L.
Liu
,
Z. X.
Chen
, and
W.
Huang
,
J. Phys. Chem. C
113
,
6529
(
2009
).
46.
M. J.
Allen
,
V. C.
Tung
,
L.
Gomez
,
Z.
Xu
,
L.
Chen
,
K. S.
Nelson
,
C.
Zhou
,
R. B.
Kaner
, and
Y.
Yang
,
Adv. Mater.
21
,
2098
(
2009
).
47.
Y.
Zhou
,
Q.
Bao
,
B.
Varghese
,
L.
Tang
,
T.
Khim
,
C.
Sow
, and
K.
Loh
,
Adv. Mater.
22
,
67
(
2010
).
48.
B.
Prevel
,
J. M.
Benoit
,
L.
Bardotti
,
P.
Melinon
,
A.
Ouerghi
,
D.
Lucot
,
E.
Bouurhis
, and
J.
Gierak
,
Appl. Phys. Lett.
99
,
083116
(
2011
).
49.
B. S.
Archanjo
,
B.
Fragneaud
,
L. G.
Cancado
,
D.
Winston
,
F.
Miao
,
C. A.
Achete
, and
G.
Medeiros-Ribeiro
,
Appl. Phys. Lett.
104
,
193114
(
2014
).
50.
N.
Kalhor
,
S. A.
Boden
, and
H.
Mizuta
,
Microelectron. Eng.
114
,
70
(
2014
).
51.
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
).
52.
A. C.
Ferrari
and
D. M.
Basko
,
Nat. Nanotechnol.
8
,
235
(
2013
).
53.
M. M.
Lucchese
,
F.
Stauale
,
E. H. M.
Ferreira
,
C.
Vilani
,
M. V. O.
Moutinho
,
R. B.
Capaz
,
C. A.
Achete
, and
A.
Jorio
,
Carbon
48
,
1592
(
2010
).
54.
S.
Ryu
,
J.
Maultzsch
,
M. Y.
Han
,
P.
Kim
, and
L. E.
Brus
,
ACS Nano
5
,
4123
(
2011
).
55.
M.
Huang
,
Y.
Hugen
,
T. F.
Heinz
, and
J.
Hone
,
Nano Lett.
10
,
4074
(
2010
).
56.
O.
Frank
,
G.
Tsoukleri
,
J.
Parthenios
,
K.
Papagelis
,
I.
Riaz
,
R.
Jalil
,
K. S.
Novoselov
, and
C.
Galiotis
,
ACS Nano
4
,
3131
(
2010
).
57.
G.
Liu
,
D.
Teweldebrhan
, and
A. A.
Balandin
,
IEEE Trans. Nanotechnol.
10
,
865
(
2011
).
58.
M.
Xu
,
D.
Fujita
, and
N.
Hanagata
,
Nanotechnology
21
,
265705
(
2010
).
59.
S.
Bae
,
H.
Kim
,
Y.
Lee
,
X.
Xu
,
J. S.
Park
,
Y.
Zheng
,
J.
Balakrishnan
,
T.
Lei
,
H.
Ri Kim
,
Y. L.
Song
,
Y. J.
Kim
,
K. S.
Kim
,
B.
Ozyilmaz
,
J. H.
Ahn
,
B. H.
Hong
, and
S.
Iijima
,
Nat. Nanotechnol.
5
,
574
(
2010
).
60.
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
).
61.
See supplementary material at http://dx.doi.org/10.1063/1.4926647 for the details of the MD simulation used to simulate the ion beam irradiation induced damage on the graphene supported by the SiO2 substrate, the TEM study on a graphene ribbon carved by a high energy focused Ga+ ion beam, and the AFM results for the graphene supported on the Si/SiO2 wafer with a rectangle carved by a high energy focused Ga+ ion beam.
62.
L. G.
Cancado
,
A.
Jorio
,
E. H.
Martins Ferreira
,
F.
Stavale
,
C. A.
Achete
,
R. B.
Capaz
,
M. V. O.
Moutinho
,
A.
Lombardo
,
T. S.
Kulmala
, and
A. C.
Ferrari
,
Nano Lett.
11
,
3190
(
2011
).
63.
G. B.
Assayag
,
C.
Vieu
,
J.
Gierak
,
P.
Sudraud
, and
A.
Corbin
,
J. Vac. Sci. Technol., B
11
,
2420
(
1993
).
64.
J.
Gierak
,
G. B.
Assayag
,
M.
Schneider
,
C.
Vieu
, and
J. Y.
Marzin
,
Microelectron. Eng.
30
,
253
(
1996
).
65.
T.
Yamamoto
,
J.
Yanagisawa
,
K.
Gamo
,
S.
Takaoka
, and
K.
Murase
,
Jpn. J. Appl. Phys., Part 1
32
,
6268
(
1993
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.