铜箔衬底对化学气相沉积法制备石墨烯的影响

化学气相沉积法(CVD)制备石墨烯用的铜箔往往要求其表面平整、具有较大晶粒、大面积的Cu(111)晶面取向。本研究采用不同厚度的商用压延铜箔与电解铜箔为衬底,对比分析了铜箔表面形貌、晶粒尺度与Cu(111)面的差异,并探讨了在相同条件下两类铜箔对生长石墨烯的影响。研究表明,电解铜箔的表面粗糙度在预处理与退火后均大于压延铜箔。压延铜箔由于经历变形,退火处理后晶粒尺寸为37μm,Cu(111)面比例约40%,电解铜箔退火后晶粒尺寸约为24μm,Cu(111)面比例约为28%,压延铜箔优于电解铜箔。CVD制备石墨烯后发现压延铜箔上生长的石墨烯岛的面积大于电解铜箔,石墨烯缺陷要少于电解铜箔,即相同制备条件与相同厚度下压延铜箔上制备的石墨烯质量优于电解铜箔上制备的石墨烯。

金属基底上化学气相沉积法制备石墨烯研究进展

石墨烯因其独特的结构以及卓越的光、电、热性能,已成为材料科学领域的研究焦点。目前,制造或分离单层和双层石墨烯的方法多种多样,其中化学气相沉积技术因其能够生产高质量石墨烯而备受青睐。化学气相沉积不仅可以在不同金属基底上成功合成石墨烯,而且具有大规模生产的潜力,操作简便,成本效益高。本文将对化学气相沉积法在不同金属基底上制备石墨烯的过程进行综述,并展望其未来的发展方向。

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

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。

化学气相沉积石墨烯/铜合金制备与导电、耐磨性能研究

通过原位化学气相沉积(CVD)技术,在铜粉上包覆石墨烯,再通过真空热压技术制备出石墨烯/铜合金。研究表明:铜晶粒表面包覆了高质量的石墨烯。在铜粉表面原位生长的石墨烯均匀分散在铜晶粒的晶界处,而且石墨烯的含量低,只占0.04%(质量分数)。石墨烯/铜合金具有高的导电性能,导电率高达97%IACS。同时,石墨烯/铜合金的摩擦系数降低到0.46,与铜相比降低了38.7%。石墨烯/铜合金的磨损率降低到2.09×10^(-4)mm^(3)/(N·m),与铜相比降低了68.6%。

化学气相沉积法制备单层石墨烯的优化

作为碳原子家族的最新成员,二维结构的石墨烯具备优异的物理化学性质和广阔的应用前景,成为新材料研究领域的热点研究对象。对化学气相沉积(CVD)法进行了优化,成功制备得到了高质量的单层石墨烯。优化后的实验工艺为:首先对铜箔进行化学抛光和退火预处理;然后将预处理后的铜箔加工成荷包状;氢气(H2)氛围下,以甲烷(CH4)为碳源,对石墨烯进行化学气相沉积;当甲烷和氢气体积流量分别为10 cm3/min和20 cm3/min时,在1 030℃条件下生长20 min制备得到最终样品。扫描电子显微镜(SEM)和激光喇曼光谱表征的结果显示:该方法制备的样品为大面积连续的单层石墨烯。

基于化学气相沉积法铜基大面积单晶双层石墨烯薄膜的快速生长

通过分段控制甲烷与氢气的流量比以及增加氧气的供应,使用低压化学气相沉积设备(LPCVD)、在40 min的生长时间内、在铜箔上生长出连续的高质量的单晶石墨烯薄膜。研究表明,双氧钝化的使用和调整甲烷与氢气的流量比可以达到石墨烯的最佳成核和生长速率,使得石墨烯可以在短时间内生长为连续的单晶薄膜;石墨烯基场效应晶体管(FET)展现了优良的电学特性,其空穴迁移率可达到4 347 cm~2/(V·s)。

快速热处理化学气相沉积法制备用于电子产品热管理的轻质柔性石墨烯

下一代电子产品的飞速发展对热管理提出了更高的要求。初始石墨烯的导热性是铜的13倍。本文通过快速热处理化学气相沉积(RTP-CVD)法制备了具有大sp^(2)结构域的单层、双层和多层石墨烯(SLG、BLG、FLG),进一步通过低浓度H_(2)还原制备了高导热石墨烯。在1000℃下生长25 min制备出SLG,利用拉曼光谱和透射电子显微镜(TEM)研究了石墨烯的品质。为了验证RTP-CVD法生成的石墨烯的散热能力,将其作为2TB固态硬盘的散热器,通过红外热成像仪进行了研究。结果证明,RTP-CVD生长的石墨烯用于消费电子产品的热管理测试时性能表现优异。SLG显示温度(最高)比商用铜散热器低5℃,SLG的散热能力比商用铜散热器快200倍左右。综上,利用RTP-CVD法制备的轻质的柔性石墨烯可以成为下一代5G设备和消费电子产品热管理的更好选择。

铜箔表面化学气相沉积少层石墨烯

利用化学气相沉积法(CVD法),在金属基底上生长大面积、少层数和高质量的石墨烯是近年来研究的热点。本研究采用CVD法,在常压高温条件下,以氩气为载体、氢气为还原气体、乙烯为碳源,在铜箔表面生长石墨烯。通过扫描电子显微图(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和拉曼图谱(Raman)分析,发现铜箔表面质量和石墨烯的生长时间对石墨烯的层数和缺陷有较大影响。用20%的盐酸去除铜箔表面的保护膜和Cu_2O等杂质,铜箔在1000℃下退火60min可以使铜箔晶粒尺寸增大以及改善铜箔表面的形貌。研究发现生长时间为60s和90s时,制备的石墨烯薄膜对称性良好且层数较少。其中,生长时间为90s时,拉曼表征石墨烯的I_D/I_G值为0.7,表明其缺陷比较少。

铜基底上双层至多层石墨烯常压化学气相沉积法制备与机理探讨

化学气相沉积是目前最重要的ー种制备高质量、大面积石墨烯的方法.而铜是化学气相沉积法制备石墨烯中最常用的生长基底.虽然有大量文章报道了关于石墨烯的生长条件及生长机理,但是作为最广泛采用的材料,铜基底上双层及多层石墨烯的生长机理仍然在探索中,本文采用常压化学气相沉积法,以乙醇为碳源在铜基底上生长石墨烯,并将其转移到SiO_2/Si基底上.用场发射扫描电镜、透射电镜、拉曼光谱、光学显微镜对所制备的石墨烯进行表征和层数分析,对转移到不同基底上的不同层数的石墨烯进行了透光性分析.结果表明,常压条件下铜箔表面能够生长出质量较高、连续性较好的双层至多层石墨烯.此外,我们还对铜基底上双层至多层石墨烯的生长机理进行了探讨.

化学气相沉积法可控制备石墨烯薄膜和单晶畴

采用化学气相沉积（CVD）法,以铜箔为衬底,以甲烷为碳源,制备了石墨烯薄膜和单晶畴,并利用扫描电子显微镜、光学显微镜、喇曼光谱仪、紫外-可见透过光谱仪等手段对石墨烯进行了系统表征。结果表明,质量分数为10%的稀硝酸对铜箔表面进行腐蚀处理20 s可以有效去除铜箔表面析出的杂质颗粒,从而提高石墨烯的质量。在此基础上,研究了氢气和甲烷体积流量比对石墨烯生长的影响,当氢气和甲烷体积流量比从0∶1变化到5∶1时,石墨烯薄膜从单层生长变化到多层生长。此外,氢气和甲烷体积流量比也会显著影响晶畴的形状,随着氢气和甲烷体积流量比的增加,石墨烯晶畴从无规则形状逐渐变化到六边形。

H_(2)对HfO_(2)衬底上等离子体增强化学气相沉积石墨烯的影响

HfO_(2)薄膜和石墨烯是用于制作石墨烯场效应晶体管的主要材料,而采用PECVD(等离子体增强化学气相沉积法)在HfO_(2)衬底上原位生长石墨烯是极具潜力的一种石墨烯制备方法,这种方法有助于降低石墨烯转移过程对石墨烯质量的影响,从而提高石墨烯场效应晶体管的性能。使用真空电子束蒸镀方法在重掺杂单抛硅片衬底上分别于50、150、250℃下沉积了100 nm厚的HfO_(2)薄膜样品;随后选用最优质量的HfO_(2)薄膜作为生长石墨烯的衬底,采用PECVD方法在温度为600℃、CH4流速为4 sccm的条件下,以不同的H2流速(0、5、10、15、20 sccm)原位生成石墨烯薄膜。结果显示,150℃下蒸镀的HfO_(2)薄膜粗糙度最低,表面最平整,同时也拥有最佳的介电性能。当H2流速为10 sccm时,可获得少层石墨烯薄膜,此时的石墨烯薄膜缺陷最小,表面平整且连续性好。通过对HfO_(2)衬底上石墨烯的生长机理进行分析发现,HfO_(2)衬底的低表面能导致含碳物种难以吸附到衬底上,石墨烯不易生长,但适当的H2参与可以有效降低CH4裂解反应的活化能,促进CH4的裂解,有利于生长出大面积的连续型石墨烯薄膜。

基于乙烯的化学气相沉积法制备少层石墨烯

采用乙烯作为碳源,利用化学气相沉积法(CVD法),在1 000℃条件下在铜箔上制备了少层石墨烯;采用不引入PMMA和PDMS等杂质的直接转移方法将石墨烯薄膜转移到Si/SiO2基底上,对石墨烯薄膜进行了表征。实验研究表明,减小乙烯的进气量可以提高石墨烯的质量;减少反应时间可以降低无定形碳的含量;增加退火时间可以提高Cu表面结晶质量,更加有利于石墨烯的生长。通过优化各项参数,使用乙烯已经可以制备I2D/IG=0.88的少层石墨烯。

双层石墨烯的化学气相沉积法制备及其光电器件

石墨烯是一种具有优异性质,在光电及能源领域具有巨大应用前景的二维材料.尽管单层石墨烯具有超高的迁移率,但是它的能带结构具有狄拉克锥(K点),即价带和导带并未有明显分离,所以在半导体器件方面的应用受到一定的限制.由双层石墨烯搭建而成的双门器件,在施加外加电场的情况下,它的带隙可以打开,并在一定范围内可调,这种性质赋予了双层石墨烯在半导体器件应用方面的前景.然而机械或者液相剥离石墨烯,在层数和大小方面可控性较差.如何通过化学气相沉积法可控制备双层石墨烯是目前研究的核心问题之一.本文主要综述了如何通过化学气相沉积法制备双层石墨烯和制备双层石墨烯器件的一系列工作,其中包括最新的研究进展,对生长机理的研究做了详细的介绍和讨论,并对该领域的发展进行了展望.

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。

低压热丝化学气相沉积法快速合成1-2层石墨烯薄膜

利用镍衬底独特的渗碳-析碳机制,分别引入混合气体氢气和乙炔,使用低压热丝化学气相沉积法(LPHFCVD),在镍衬底上生长石墨烯(Graphene)薄膜。通气时长分别为5s,60s,300s,极大地节省了时间和成本。制备的样品分别通过拉曼光谱(Raman),X光电子能谱(XPS),扫描电镜(SEM)等分析表征手段对其结构、形貌、缺陷等进行表征。拉曼光谱表明石墨烯薄膜的D,G,2D峰在不同温度、不同反应时间条件下不同的层数、缺陷密度和结晶质量,其中以950℃,5s的条件制备得到的石墨烯薄膜为1-2层,且缺陷极少,结晶质量很高。XPS的结果进一步确认了按照以上条件制备的石墨烯薄膜具有很高的结晶质量和很低的缺陷密度。SEM则显示了在镍衬底上制备石墨烯薄膜的形貌。

双层石墨烯的化学气相沉积制备研究综述

石墨烯具有很多优异的性质,是非常理想的硅晶体替代材料,有可能彻底改变现在人们的生活,引发新一轮的科技革命。但是单层石墨烯是一种零带隙的半金属,在半导体电子器件方面受到很大局限性。AB堆垛双层石墨烯的带隙可由外部垂直电场打开,既可用于半导体电子器件领域,又可以大大降低薄膜电阻,用于透明导电薄膜。尽管石墨烯制备方法很多,但受限于成本、质量、规模化等,化学气相沉积法是制备大面积、高质量双层石墨烯最主要的手段。综述了利用化学气相沉积法制备双层石墨烯的一系列工作,首先介绍单双层石墨烯的生长机理,主要根据催化剂类型对镍、铜、铜镍合金上石墨烯形核和生长作出解释;然后从碳源、生长氛围、催化剂、基底结构等对双层石墨烯的均匀性、晶畴尺寸和堆垛形式等方面进行分析;最后,总结以上化学气相沉积法制备双层石墨烯的工作,并对该领域的发展进行展望。

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O2预处理可以降低石墨烯的成核密度,适当的CH4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O2预处理、生长温度1 068℃、600 sccm H2和25 sccm CH4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。

石墨烯的化学气相沉积法制备

化学气相沉积(CVD)法是近年来发展起来的制备石墨烯的新方法,具有产物质量高、生长面积大等优点,逐渐成为制备高质量石墨烯的主要方法。通过简要分析石墨烯的几种主要制备方法(胶带剥离法、化学剥离法、SiC外延生长法和CVD方法)的原理和特点,重点从结构控制、质量提高以及大面积生长等方面评述了CVD法制备石墨烯及其转移技术的研究进展,并展望了未来CVD法制备石墨烯的可能发展方向,如大面积单晶石墨烯、石墨烯带和石墨烯宏观体的制备与无损转移等。

铜镍合金为衬底化学气相沉积法制备石墨烯研究

利用磁控双靶共溅射法制备了不同含量的铜镍合金薄膜,利用EDAX对合金薄膜衬底的铜镍配比进行了定量分析。以苯为碳源,选择相同的合金衬底分别在800、600和400℃的温度下使用化学气相沉积法生长石墨烯,对样品进行了拉曼光谱和SEM表征,研究了温度对石墨烯生长的影响。选择不同配比的铜镍合金衬底,在400℃下生长石墨烯,研究了衬底中铜、镍元素不同配比对石墨烯生长的影响。

石墨烯的化学气相沉积法制备及其表征

石墨烯是由sp2杂化的碳原子键合而成的具有六边形蜂窝状晶格结构的二维原子晶体,其具有电学、力学和光学等方面一系列优良性能,使得它在各个领域的应用一直被人们所关注。然而,石墨烯的工业化制备仍然面临着巨大的挑战。本文采用化学气相沉积法(CVD)制备石墨烯,并用拉曼光谱、高分辨率扫描电镜和X射线多晶衍射对其进行了分析和表征。研究结果表明,用CVD法制备石墨烯具有工业化的可能。