This work aims to develop methodologies to print pinhole-free, vertically stacked heterostructures by sequential deposition of conductive graphene and dielectric h-BN nanosheet networks. We achieve this using a combination of inkjet printing and spray-coating to fabricate dielectric capacitors in a stacked graphene/BN/graphene arrangement. Impedance spectroscopy shows such heterostructures to act as series combinations of a capacitor and a resistor, with the expected dimensional dependence of the capacitance. The areal capacitance ranges from 0.24 to 1.1 nF/cm2 with an average series resistance of ∼120 kΩ. The sprayed BN dielectrics are pinhole-free for thicknesses above 1.65 μm. This development paves the way toward fabrication of all-printed, vertically integrated, multilayer devices.
References
1.
G. A.
Casula
, G.
Montisci
, and G.
Mazzarella
, IEEE Antennas Wireless Propag.
12
, 1400
(2013
).2.
Y.
Li
, R.
Torah
, S.
Beeby
, and J.
Tudor
, in 2012 Symposium on Design, Test, Integration and Packaging of Mems/Moems (DTIP)
(2012
), p. 192
.3.
D. O.
Oyeka
, M. A.
Ziai
, J. C.
Batchelor
, E. A.
Parker
, V.
Sanchez-Romaguera
, and S. G.
Yeates
, in 2013 IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium (APSURSI)
(2013
), p. 1726
.4.
F. C.
Krebs
, Sol. Energy Mater. Sol. C
93
(4
), 394
(2009
).5.
H. F.
Castro
, E.
Sowade
, J. G.
Rocha
, P.
Alpuim
, S.
Lanceros-Méndez
, and R. R.
Baumann
, J. Electron. Mater.
43
(7
), 2631
(2014
).6.
Y.
Aleeva
and B.
Pignataro
, J. Mater. Chem. C
2
(32
), 6436
(2014
).7.
S.
Kola
, J.
Sinha
, and H. E.
Katz
, J. Polym. Sci. Polym. Phys.
50
(15
), 1090
(2012
).8.
T.
Kawase
, T.
Shimoda
, C.
Newsome
, H.
Sirringhaus
, and R. H.
Friend
, Thin Solid Films
438–439
, 279
(2003
).9.
N. C.
van der Vaart
, H.
Lifka
, F. P. M.
Budzelaar
, J. E. J. M.
Rubingh
, J. J. L.
Hoppenbrouwers
, J. F.
Dijksman
, R. G. F. A.
Verbeek
, R.
van Woudenberg
, F. J.
Vossen
, M. G. H.
Hiddink
, J. J. W. M.
Rosink
, T. N. M.
Bernards
, A.
Giraldo
, N. D.
Young
, D. A.
Fish
, M. J.
Childs
, W. A.
Steer
, D.
Lee
, and D. S.
George
, J. Soc. Inf. Disp.
13
(1
), 9
(2005
).10.
H.
Klauk
, M.
Halik
, U.
Zschieschang
, G.
Schmid
, W.
Radlik
, and W.
Weber
, J. Appl. Phys.
92
(9
), 5259
(2002
).11.
F.
Torrisi
and J. N.
Coleman
, Nat. Nanotechnol.
9
(10
), 738
(2014
).12.
F.
Withers
, H.
Yang
, L.
Britnell
, A. P.
Rooney
, E.
Lewis
, A.
Felten
, C. R.
Woods
, V. S.
Romaguera
, T.
Georgiou
, A.
Eckmann
, Y. J.
Kim
, S. G.
Yeates
, S. J.
Haigh
, A. K.
Geim
, K. S.
Novoselov
, and C.
Casiraghi
, Nano Lett.
14
(7
), 3987
(2014
).13.
J. N.
Coleman
, M.
Lotya
, A.
O'Neill
, S. D.
Bergin
, P. J.
King
, U.
Khan
, K.
Young
, A.
Gaucher
, S.
De
, R. J.
Smith
, I. V.
Shvets
, S. K.
Arora
, G.
Stanton
, H.-Y.
Kim
, K.
Lee
, G. T.
Kim
, G. S.
Duesberg
, T.
Hallam
, J. J.
Boland
, J. J.
Wang
, J. F.
Donegan
, J. C.
Grunlan
, G.
Moriarty
, A.
Shmeliov
, R. J.
Nicholls
, J. M.
Perkins
, E. M.
Grieveson
, K.
Theuwissen
, D. W.
McComb
, P. D.
Nellist
, and V.
Nicolosi
, Science
331
(6017
), 568
(2011
).14.
Y.
Hernandez
, V.
Nicolosi
, M.
Lotya
, F. M.
Blighe
, Z. Y.
Sun
, S.
De
, I. T.
McGovern
, B.
Holland
, M.
Byrne
, Y. K.
Gun'ko
, J. J.
Boland
, P.
Niraj
, G.
Duesberg
, S.
Krishnamurthy
, R.
Goodhue
, J.
Hutchison
, V.
Scardaci
, A. C.
Ferrari
, and J. N.
Coleman
, Nat. Nanotechnol.
3
(9
), 563
(2008
).15.
A
. Harvey
, C
. Backes
, Z
. Gholamvand
, D
. Hanlon
, D
. McAteer
, H. C
. Nerl
, E
. McGuire
, A
. Seral-Ascaso
, Q. M
. Ramasse
, N
. McEvoy
, S
. Winters
, N. C
. Berner
, D
. McCloskey
, J. F
. Donegan
, G. S
. Duesberg
, V
. Nicolosi
, and J. N
. Coleman
, Chem. Mater.
27
(9
), 3483
–3493
(2015
).16.
U.
Khan
, A.
O'Neill
, M.
Lotya
, S.
De
, and J. N.
Coleman
, Small
6
(7
), 864
(2010
).17.
G.
Cunningham
, M.
Lotya
, C. S.
Cucinotta
, S.
Sanvito
, S. D.
Bergin
, R.
Menzel
, M. S. P.
Shaffer
, and J. N.
Coleman
, ACS Nano
6
(4
), 3468
(2012
).18.
F.
Torrisi
, T.
Hasan
, W.
Wu
, Z.
Sun
, A.
Lombardo
, T. S.
Kulmala
, G.-W.
Hsieh
, S.
Jung
, F.
Bonaccorso
, P. J.
Paul
, D.
Chu
, and A. C.
Ferrari
, ACS Nano
6
(4
), 2992
(2012
).19.
P.
Shin
, J.
Sung
, and M. H.
Lee
, Microelectron. Reliab.
51
(4
), 797
(2011
).20.
D. J.
Finn
, M.
Lotya
, G.
Cunningham
, R. J.
Smith
, D.
McCloskey
, J. F.
Donegan
, and J. N.
Coleman
, J. Mater. Chem. C
2
(5
), 925
(2014
).21.
V.
Scardaci
, R.
Coull
, and J. N.
Coleman
, Appl. Phys. Lett.
97
(2
), 023114
(2010
).22.
E. B.
Secor
, S.
Lim
, H.
Zhang
, C. D.
Frisbie
, L. F.
Francis
, and M. C.
Hersam
, Adv. Mater.
26
(26
), 4533
(2014
).23.
Y
. Xu
, I
. Hennig
, D
. Freyberg
, A. J
. Strudwick
, M. G
. Schwab
, T
. Weitz
, and K. C.-P
. Cha
, J. Power Sources
248
, 483
–488
(2014
).24.
C. C. Y.
Zhu
, S.
Tao
, W.
Chu
, Z.
Wu
, and Y.
Li
, Sci. Rep.
4
, 5787
(2014
).25.
Z. C.
Ding
, R. B.
Xing
, Q. A.
Fu
, D. G.
Ma
, and Y. C.
Han
, Org. Electron.
12
(4
), 703
(2011
).26.
B. S.
Cook
, J. R.
Cooper
, and M. M.
Tentzeris
, IEEE Microwave Wireless Compon.
23
(7
), 353
(2013
).27.
Yi.
Li
, R.
Torah
, S.
Beeby
, and J.
Tudor
, paper presented at the 2012 IEEE Sensors
, 2012
.28.
S.
Sorel
, U.
Khan
, and J. N.
Coleman
, Appl. Phys. Lett.
101
(10
), 103106
(2012
).29.
N.
Guo
, J.
Wei
, Y.
Jia
, H.
Sun
, Y.
Wang
, K.
Zhao
, X.
Shi
, L.
Zhang
, X.
Li
, A.
Cao
, H.
Zhu
, K.
Wang
, and D.
Wu
, Nano Res.
6
(8
), 602
(2013
).30.
J.
Zhu
, X. L.
Liu
, M. L.
Geier
, J. J.
McMorrow
, D.
Jariwala
, M. E.
Beck
, W.
Huang
, T. J.
Marks
, and M. C.
Hersam
, Adv. Mater.
28
(1
), 63
(2016
).31.
C.
Backes
, B. M.
Szydlowska
, A.
Harvey
, S.
Yuan
, V.
Vega-Mayoral
, B. R.
Davies
, P.
Zhao
, D.
Hanlon
, E. J. G.
Santos
, M. I.
Katsnelson
, W. J.
Blau
, C.
Gadermaier
, and J. N.
Coleman
, ACS Nano
10
(1
), 1589
(2016
).32.
C.
Backes
, K. R.
Paton
, D.
Hanlon
, S.
Yuan
, M. I.
Katsnelson
, J.
Houston
, R. J.
Smith
, D.
McCloskey
, J. F.
Donegan
, and J. N.
Coleman
, Nanoscale
8
(7
), 4311
(2016
).33.
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
(18
), 187401
(2006
).34.
S.
Reich
, A. C.
Ferrari
, R.
Arenal
, A.
Loiseau
, I.
Bello
, and J.
Robertson
, Phys. Rev. B
71
(20
), 205201
(2005
).35.
S.
De
and J. N.
Coleman
, ACS Nano
4
(5
), 2713
(2010
).36.
G.
Cunningham
, D.
Hanlon
, N.
McEvoy
, G. S.
Duesberg
, and J. N.
Coleman
, Nanoscale
7
(1
), 198
(2015
).37.
G.
Cunningham
, U.
Khan
, C.
Backes
, D.
Hanlon
, D.
McCloskey
, J. F.
Donegan
, and J. N.
Coleman
, J. Mater. Chem. C
1
(41
), 6899
(2013
).38.
K. K.
Kim
, A.
Hsu
, X.
Jia
, S. M.
Kim
, Y.
Shi
, M.
Dresselhaus
, T.
Palacios
, and J.
Kong
, ACS Nano
6
(10
), 8583
(2012
).© 2016 Author(s).
2016
Author(s)
You do not currently have access to this content.
