化学气相沉积制备毫米级单晶石墨烯的生长条件调控研究

石墨烯的形核和生长动力学过程的控制对于单晶石墨烯的制备有着至关重要的影响。采用低压化学气相沉积(CVD)方法,通过优化生长条件参数,在铜箔衬底上生长出4mm左右的大尺寸单晶石墨烯。通过一系列形貌和结构的表征,证明了样品为高质量的单层单晶石墨烯。同时观察到CVD生长的亚毫米级、A-B型堆垛的多层单晶石墨烯畴,以及由单晶石墨烯共生形成的叠层结构。此外通过采用3种类型的铜箔衬底生长石墨烯,发现铜箔特性如体氧含量等对石墨烯成核密度和单晶石墨烯形貌有重要的影响,并观察到不同类型铜箔的晶面择优取向在CVD生长前后发生不同的转变。最后,利用所生长的大尺度单晶石墨烯制备场效应晶体管,实现高的载流子迁移率。     

基底处理抑制成核生长大晶畴石墨烯的研究

电抛光及退火有效降低了铜箔表面的杂质及缺陷,将石墨烯成核密度降至约50个／cm2,制备了毫米尺寸晶畴的石墨烯连续膜。石墨烯连续膜中大部分区域是单层的,但有约20％的双／多层区域。电性能的测量结果表明,通过增大石墨烯晶畴尺寸提高石墨烯连续膜的电性能是可行的。     

中科院实现AB堆垛双层石墨烯快速生长

正中科院上海微系统所石墨烯研究团队采用铜蒸气辅助,在Cu-Ni合金衬底上实现了AB堆垛双层石墨烯(ABBG)的快速生长,典型单晶畴尺寸约300微米,生长时间约10分钟,速度比现有报道提高约一个数量级。相关成果日前在线发表于《微尺度》杂志。ABBG可通过电场产生可调带隙,对石墨烯在逻辑器件及光电子器件等方向的应用具有重要价值,但如何快速生长     

铜基底上大尺寸石墨烯单晶的化学气相沉积法制备研究进展EI北大核心

石墨烯的优异性能使其有望应用于未来的电子和光电器件中,采用化学气相沉积法进行石墨烯薄膜的可控制备有助于其在高性能器件中的大规模应用。然而多晶结构石墨烯薄膜中的大量晶界阻碍了载流子的快速传输,损害了材料的电学性能。大尺寸石墨烯单晶的获得能够减少薄膜中的晶界缺陷、极大提升石墨烯薄膜的质量。本文综述了大尺寸石墨烯单晶在铜基底上的化学气相沉积法制备研究,主要包括石墨烯晶片形核密度控制及取向一致石墨烯晶片的无缝拼接两种方法。重点从基底处理、反应区碳源分压控制、氧辅助生长等方面阐述了石墨烯单晶生长的不同实现途径、原理和特点。最后,分析目前制备方法中存在的挑战,并展望大尺寸石墨烯单晶的未来发展方向。探究石墨烯单晶的生长机制及动力学有助于实现在不同环境生长的精确控制,批量化低成本工艺开发和在多元化目标基底上的原位制备是实现石墨烯单晶大范围应用的关键。     

衬底对CVD生长石墨烯的影响研究

石墨烯有独特的结构和优异的性能,在电子、信息、能源、材料和生物医药等领域都有着广阔的应用前景。为了更好的应用这种新型材料,如何大规模可控合成高质量石墨烯是一个必须克服的困难。相比与机械剥离法、化学氧化还原法和碳化硅表面外延生长法,化学气相沉积法（CVD）因其可以生长大面积高质量连续石墨烯膜而倍受关注。基于石墨烯的生长机理,从衬底材料的角度,综述了近几年衬底对CVD生长石墨烯的影响的研究进展。展望了衬底选择的发展新趋势。     

金刚石表面生长石墨烯的纳观尺度机理研究进展

近年来，将石墨烯转移至金刚石表面形成的石墨烯/金刚石异质结构在精密制造、电子制造等领域展现出显著优势，但石墨烯本征特性会因转移至介电基材后缺陷和界面处的声子散射而明显减弱。因此，以金刚石作为衬底直接生长石墨烯成为获得高质量石墨烯/金刚石异质结构的一种全新尝试。虽然以金刚石作为衬底相比于其他介电材料拥有众多优势，但是现阶段在金刚石表面生长的石墨烯通常存在晶格缺陷多、畴区尺寸小等缺点，也缺乏纳观尺度下金刚石结构表面石墨烯生长的机理解析和理论指导。本文评述了在金属催化、非金属诱导和高温热解三种催化方式下金刚石表面生长石墨烯的纳观尺度机理研究进展，对不同催化方式下金刚石表面生长石墨烯的原子机理进行了总结，并对不同催化条件下生长石墨烯的典型结果进行对比分析，最后归纳了金刚石结构表面生长石墨烯研究所面临的关键问题与挑战，展望了基于金刚石表面石墨烯生长研究的发展方向，可为高质量石墨烯/金刚石异质结构的研究与应用提供有益借鉴。     

化学气相沉积技术制备亚厘米尺寸单晶石墨烯的工艺研究

本实验以多晶铜为基底,研究了利用化学气相沉积(CVD)技术制备不同尺寸的单晶石墨烯的工艺。对比了铜基底预处理方法、气体流量、压强和生长时间对单晶石墨烯尺寸及表面形貌的影响,结果表明,Ar和O_2预处理可以降低石墨烯的成核密度,适当的CH_4浓度便于单晶石墨烯的生长,压强的大小影响单晶的形貌,生长时间决定了单晶的尺寸。通过对预处理气体及流量、生长压强和时间等参数的调节,获得了0. 01～6 mm单晶石墨烯的可靠制备工艺。在常压101. 325 k Pa、铜基底经Ar和O_2预处理、生长温度1 068℃、600 sccm H_2和25 sccm CH_4的气体条件下,制备出6 mm的单晶石墨烯。此外,本实验还对石墨烯制备过程中杂质颗粒的形成机理进行了研究,发现引入的杂质颗粒可能是基底Cu氧化后的结晶颗粒以及石英管在高温条件下硅的脱落。本研究所得不同尺寸单晶石墨烯的可靠制备方法为新型电子器件的发展提供了有力的支撑。     

磁控溅射镍膜催化生长石墨烯及迁移表征

在Si/SiO2衬底上将磁控溅射镍膜作为催化剂,利用化学气相沉积制备了大面积连续的石墨烯薄膜,得到的石墨烯为1～15层.将石墨烯薄膜迁移到玻璃衬底和Si/SiO2衬底上,测量了薄膜的可见光透过率和薄膜电阻,并讨论了石墨烯作为透明导电电极在光电器件上的应用.     

铜基板上CVD法生长单晶石墨烯及研究现状

石墨烯是一种以SP2键结合的二维碳的同素异形体,其独一无二的优异性能,使得其在过去几十年里受到了石墨烯研究工作者的极大兴趣。但石墨烯不同于自然界的石墨,并且受限于小尺寸和低产率。化学气相沉积法(CVD)的出现解决了这些问题,并逐渐发展为一种规模生产大面积、大尺寸、多应用石墨烯的重要方法。但化学气相沉积法生长石墨烯是多晶石墨烯并且由于晶界会产生降解性能。因此,石墨烯生长研究的下一个关键问题是如何让大晶粒单晶石墨烯生长。本文主要叙述了4种代表性预处理铜基板来生长毫米级单层石墨烯的方法:电化学抛光后高温退火、盒状铜箔基板、融化再结晶成新的铜基板、让铜基板富氧。以及现在发展的石墨烯晶粒的特殊空间结构,这些特殊晶粒包括雪花、六瓣鲜花、金字塔和六角形的石墨烯洋葱圈形状。综述了利用不同预处理铜基板的工艺得到毫米级单晶石墨烯的方法。尽管CVD生长单晶石墨烯已经有了空前的进步,但仍然有潜在的挑战,例如,晶元尺寸单晶石墨烯的生长和器件的制作,以及对石墨烯生长机制和生长动力学的进一步了解。     

中国攻克技术难题石墨烯进入“膜时代”

据报道,中航工业北京航空材料研究院（以下简称“航材院”）日前宣布,已突破制备大尺寸、高质量石墨烯薄膜的技术难题,掌握了衬底材料表面晶粒定向受控生长和化学气相沉积（CVD）反应气体分压配比等关键专利技术,在铜箔表面制备出超过12英寸的石墨烯薄膜,更大尺寸的石墨烯薄膜制备技术也已突破,近期将批量生产,使大尺寸、高质量石墨烯薄膜的工程化制备成为现实,标志着石墨烯制备进入了“膜时代”。