气相捕获腔对石墨烯低压化学气相沉积形核生长的影响

发布时间：2024-04-22 18:16

　　基于石墨烯低压化学气相沉积技术,通过调控甲烷流量对比研究了传统生长腔和气相捕获腔中石墨烯在铜箔衬底上的形核生长特点。结果表明,与传统生长腔相比,气相捕获腔能够将石墨烯的形核密度降低3个数量级,并促使石墨烯晶核快速长大。同时,气相捕获腔能够为石墨烯提供一个稳定的生长环境,有利于制备晶格完美的石墨烯晶畴,并为石墨烯晶畴的融合提供更多的有效活性碳原子,加速石墨烯晶畴之间的融合,提高石墨烯薄膜的质量。在此基础上分析了气相捕获腔对石墨烯低压化学气相沉积形核生长的影响机理。

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【部分图文】：

图1两种生长腔的结构示意图

1.2实验过程图1为本实验中所用的两种生长腔的结构示意图,即传统生长腔和单试管“气相捕获”生长腔。如图1(a)所示,传统生长腔中的铜箔衬底直接暴露于主气流中,石墨烯的生长过程受气流的扰动较大。而在单试管气相捕获腔中,如图1(b)所示,铜箔衬底被放置在一个封口端朝进气方向的小试管....

图3不同甲烷流量条件下,在传统生长腔内(a和b)和气相捕获腔内(c和d)生长20min后铜箔衬底表面石墨烯的SEM照片,插图为白色方框处的高倍SEM照片

由此可见,随着甲烷流量的增加,传统生长腔内石墨烯的生长和融合速率低于气相捕获腔,这是因为随着石墨烯的融合,裸露的铜箔表面越来越少,可为石墨烯晶畴融合提供活性碳原子的催化表面也相应减少,从而显著延缓了石墨烯的融合速率。与此不同,在气相捕获腔中,尽管石墨烯晶畴之间也存在大量未融合的晶....

图4在两种生长腔中生长20min后转移到300nm-SiO2/Si衬底上的石墨烯的拉曼光谱图,图中a、b、c和d谱线分别对应着图3中的a、b、c和d样品

2.3气相捕获腔对石墨烯生长特性的影响图4为图3中的石墨烯样品转移到300nm-SiO2/Si衬底上的Raman光谱。为了便于对比,将2D峰的强度进行了归一化处理。从图中可以看出,所有谱线中的2D峰(～2680cm-1)与G峰(～1580cm-1)的比值(I2D/IG....

图5两种生长腔中气相碳源的传质过程

其中,η为气体的粘滞系数,v0为气流速率,ρ为气体密度,r0为石英管的直径。在高温低压条件下,该粘滞层极薄,气相碳源在铜箔衬底和主气流间进行快速传质,从而为石墨烯的生长提供更多的碳源,使石墨烯具有较高的生长速率,如图3(a)所示。然而,这也会造成气相碳源在铜箔表面的滞留时间较短,....

本文编号：3962078