In this study, we introduce a selective thermochemical nano-patterning method of graphene on insulating substrates. A tiny heater formed at the end of an atomic force microscope (AFM) cantilever is optimized by a finite element method. The cantilever device is fabricated using conventional micromachining processes. After preliminary tests of the cantilever device, nano-patterning experiments are conducted with various conducting and insulating samples. The results indicate that faster scanning speed and higher contact force are desirable to reduce the sizes of nano-patterns. With the experimental condition of 1 μm/s and 24 mW, the heated AFM tip generates a graphene oxide layer of 3.6 nm height and 363 nm width, on a 300 nm thick SiO2 layer, with a tip contact force of 100 nN.

1.
A. A.
Tseng
,
A.
Notargiacomo
, and
T. P.
Chen
,
J. Vac. Sci. Technol. B
23
,
877
894
(
2005
).
2.
P. E.
Sheehan
,
L. J.
Whitman
,
W. P.
King
, and
B. A.
Nelson
,
Appl. Phys. Lett.
85
,
1589
1591
(
2004
).
3.
O.
Fenwick
,
L.
Bozec
,
D.
Credgington
,
A.
Hammiche
,
G. M.
Lazzerini
,
Y. R.
Silberberg
, and
F.
Cacialli
,
Nat. Nanotechnol.
4
,
664
668
(
2009
).
4.
P.
Avouris
,
T.
Hertel
, and
R.
Martel
,
Appl. Phys. Lett.
71
,
285
287
(
1997
).
5.
M. K.
Herndon
,
R. T.
Collins
,
R. E.
Hollingsworth
,
P. R.
Larson
, and
M. B.
Johnson
,
Appl. Phys. Lett.
74
,
141
143
(
1999
).
6.
K.
Lee
,
S. J.
Park
,
C. A.
Mirkin
,
J. C.
Smith
, and
M.
Mrksich
,
Science
295
,
1702
1705
(
2002
).
7.
W. P.
King
,
T. W.
Kenny
,
K. E.
Goodson
,
G. L. W.
Cross
,
M.
Despont
,
U. T.
Durig
,
H.
Rothuizen
,
G.
Binning
, and
P.
Vettiger
,
J. Microelectromech. Syst.
11
,
765
774
(
2002
).
8.
T.
Ono
,
P. N.
Minh
,
D. W.
Lee
, and
M.
Esashi
,
Rev. Laser Eng.
29
,
516
521
(
2001
).
9.
D. W.
Lee
,
T.
Ono
,
T.
Abe
, and
M.
Esashi
, in
Proceedings of 14th IEEE International Conference on Micro Electro Mechanical Systems
(
IEEE
,
Interlaken, Switzerland
,
2001
), pp.
204
207
.
10.
D. W.
Lee
,
T.
Ono
,
T.
Abe
, and
M.
Ewawhi
,
J. Microelectromech. Syst.
11
,
215
221
(
2002
).
11.
D. W.
Lee
,
T.
Ono
, and
M.
Esashi
,
Nanotechnology
13
,
29
32
(
2002
).
12.
D. W.
Lee
and
I. K.
Oh
,
Microelectron. Eng.
84
,
1041
1044
(
2007
).
13.
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
669
(
2004
).
14.
Y.
Zhang
,
Y. W.
Tan
,
H. L.
Stormer
, and
P.
Kim
,
Nature (London)
438
,
201
204
(
2005
).
15.
K. S.
Novoselove
,
A. K.
Geim
,
S. V.
Morozov
,
D.
Jiang
,
M. I.
Kastsnelson
,
I. V.
Grigorieva
,
S. V.
Dubonos
, and
A. A.
Firsov
,
Nature (London)
438
,
197
200
(
2005
).
16.
C.
Berger
,
Z.
Song
,
X.
Li
,
X.
Wu
,
N.
Brown
,
C.
Naud
,
D.
Mayou
,
T.
Li
,
J.
Hass
,
A. N.
Marchenkov
,
E. H.
Conrad
,
P. N.
First
, and
H. W. A.
De
,
Science
312
,
1191
1196
(
2006
).
17.
K. S.
Novoselov
,
Z.
Jiang
,
Y.
Zhang
,
S. V.
Morozov
,
H. L.
Stomer
,
U.
Zeitler
,
J. C.
Maan
,
G. S.
Boebinger
,
P.
Kim
, and
A. K.
Geim
,
Science
315
,
1379
(
2007
).
18.
A. K.
Geim
and
K. S.
Novoselov
,
Nat. Mater.
6
,
183
191
(
2007
).
19.
Z.
Chen
,
Y. M.
Lin
,
M. J.
Rooks
, and
P.
Avouris
,
Physica E
40
,
228
232
(
2007
).
20.
L.
Weng
,
L.
Zhang
,
Y. P.
Chen
, and
L. P.
Rokhinson
,
Appl. Phys. Lett.
93
,
093107
(
2008
).
21.
S.
Masubuchi
,
M.
Ono
,
K.
Yoshida
,
K.
Hirakawa
, and
T.
Machida
,
Appl. Phys. Lett.
194
,
082107
(
2009
).
22.
A. J.
Giesbers
,
U.
Zeitler
,
S.
Neubeck
,
F.
Freitag
,
K. S.
Novoselov
, and
J. C.
Maan
,
Solid State Commun.
147
,
366
369
(
2008
).
23.
S.
Neubeck
,
F.
Freitag
,
R.
Yang
, and
K. S.
Novoselov
,
Phys. Status Solidi B
247
,
2904
2908
(
2010
).
24.
K. P.
Loh
,
Q.
Bao
,
G.
Eda
, and
M.
Chhowalla
,
Nat. Chem.
2
,
1015
1024
(
2010
).
25.
D. A.
Dikin
,
S.
Stankovich
,
E. J.
Zimney
,
R. D.
Piner
,
G. H. B.
Dommett
,
G.
Evmenenko
,
S. T.
Nguyen
, and
R. S.
Ruoff
,
Nature (London)
448
,
457
460
(
2007
).
26.
G.
Eda
and
M.
Chhowalla
,
Adv. Mater.
22
,
2392
2415
(
2010
).
27.
Z.
Wei
,
D.
Wang
,
S.
Kim
,
S. Y.
Kim
,
Y.
Hu
,
M. K.
Yakes
,
A. R.
Laracuente
,
Z.
Dai
,
S. R.
Marder
,
C.
Berger
,
W. P.
King
,
W. A.
de Heer
,
P. E.
Sheehan
, and
E.
Riedo
,
Science
328
,
1373
1376
(
2010
).
28.
J.
Cervenka
,
R.
Kalousek
,
M.
Bartosík
,
D.
Skoda
,
O.
Tomanec
, and
T.
Sikola
,
Appl. Surf. Sci.
253
,
2373
2378
(
2006
).
29.
D. W.
Lee
,
T.
Ono
, and
M.
Esashi
,
J. Micromech. Microeng.
12
,
841
848
(
2002
).
30.
P.
Vettiger
,
J.
Brugger
,
M.
Despont
,
U.
Drechsler
,
U.
Durig
,
W.
Haberle
,
M.
Lutwyche
,
H.
Rothuizen
,
R.
Stutz
,
R.
Widmer
, and
G.
Binnig
,
Microelectron. Eng.
46
,
11
17
(
1999
).
31.
B. A.
Nelson
and
W. P.
King
,
Sens. Actuators A
140
,
51
59
(
2007
).
32.
K. J.
Kim
,
K.
Park
,
J.
Lee
,
Z. M.
Zhang
, and
W. P.
King
,
Sens. Actuators A
136
,
95
103
(
2007
).
33.
D. P.
Burt
,
P. S.
Dobson
,
L.
Donaldson
, and
J. M. R.
Weaver
,
Microelectron. Eng.
85
,
625
630
(
2008
).
34.
D.
Resnik
,
D.
Vrtacnik
,
U.
Aliancic
,
M.
Mozek
, and
S.
Amon
,
Microelectronics. J.
34
,
591
593
(
2003
).
35.
Y.
Zhang
,
T. S.
Sriram
,
R. B.
Marcus
, and
Y.
Zhang
,
Appl. Phys. Lett.
69
,
4260
4261
(
1996
).
36.
Y.
Wang
and
D. W. V. D.
Weide
,
J. Vac. Sci. Technol. B
23
,
1582
1584
(
2005
).
37.
H. J. H.
Chen
and
C. S.
Hung
,
Nanotechnology
18
,
355305
(
2007
).
38.
R. J.
Grow
,
S. C.
Minne
,
S. R.
Manalis
, and
C. F.
Quate
,
J. Microelectromech. Syst.
11
,
317
321
(
2002
).
39.
Z.
Cheng
,
Q.
Zhou
,
C.
Wang
,
Q.
Li
,
C.
Wang
, and
Y.
Fang
,
Nano Lett.
11
,
767
771
(
2011
).
40.
A. L.
Weisenhorn
,
P. K.
Hansma
,
T. R.
Albrecht
, and
C. F.
Quate
,
Appl. Phys. Lett.
54
,
2651
(
1989
).
41.
A. S.
Basu
,
S.
Mcnamara
, and
Y. B.
Gianchandani
,
J. Vac. Sci. Technol. B
22
,
3217
(
2004
).
42.
M. Z.
Hossain
,
J. E.
Johns
,
K. H.
Bevan
,
H. J.
Karmel
,
Y. T.
Liang
,
S.
Yoshimoto
,
K.
Mukai
,
T.
Koitaya
,
J.
Yoshinobu
,
M.
Kawai
,
A. M.
Lear
,
L. L.
Kesmodel
,
S. L.
Tait
, and
M. C.
Hersam
,
Nat. Chem.
4
,
305
309
(
2012
).
43.
L.
Li
,
R.
Sunmin
,
R. T.
Michelle
,
S.
Elena
,
J.
Naeyoung
,
S. H.
Mark
,
L. S.
Michael
,
E. B.
Louis
, and
W. F.
George
,
Nano Lett.
8
,
1965
1970
(
2008
).
44.
H.
He
,
J.
Klinowski
,
M.
Forster
, and
A.
Lerf
,
Chem. Phys. Lett.
287
,
53
56
(
1998
).
You do not currently have access to this content.