基于石墨烯低壓化學(xué)氣相沉積技術(shù),通過調(diào)控甲烷流量對(duì)比研究了傳統(tǒng)生長腔和氣相捕獲腔中石墨烯在銅箔襯底上的形核生長特點(diǎn)。結(jié)果表明,與傳統(tǒng)生長腔相比,氣相捕獲腔能夠?qū)⑹┑男魏嗣芏冉档?個(gè)數(shù)量級(jí),并促使石墨烯晶核快速長大。同時(shí),氣相捕獲腔能夠?yàn)槭┨峁┮粋�(gè)穩(wěn)定的生長環(huán)境,有利于制備晶格完美的石墨烯晶疇,并為石墨烯晶疇的融合提供更多的有效活性碳原子,加速石墨烯晶疇之間的融合,提高石墨烯薄膜的質(zhì)量。在此基礎(chǔ)上分析了氣相捕獲腔對(duì)石墨烯低壓化學(xué)氣相沉積形核生長的影響機(jī)理。

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【部分圖文】：

圖1兩種生長腔的結(jié)構(gòu)示意圖

1.2實(shí)驗(yàn)過程圖1為本實(shí)驗(yàn)中所用的兩種生長腔的結(jié)構(gòu)示意圖,即傳統(tǒng)生長腔和單試管“氣相捕獲”生長腔。如圖1(a)所示,傳統(tǒng)生長腔中的銅箔襯底直接暴露于主氣流中,石墨烯的生長過程受氣流的擾動(dòng)較大。而在單試管氣相捕獲腔中,如圖1(b)所示,銅箔襯底被放置在一個(gè)封口端朝進(jìn)氣方向的小試管....

圖3不同甲烷流量條件下,在傳統(tǒng)生長腔內(nèi)(a和b)和氣相捕獲腔內(nèi)(c和d)生長20min后銅箔襯底表面石墨烯的SEM照片,插圖為白色方框處的高倍SEM照片

由此可見,隨著甲烷流量的增加,傳統(tǒng)生長腔內(nèi)石墨烯的生長和融合速率低于氣相捕獲腔,這是因?yàn)殡S著石墨烯的融合,裸露的銅箔表面越來越少,可為石墨烯晶疇融合提供活性碳原子的催化表面也相應(yīng)減少,從而顯著延緩了石墨烯的融合速率。與此不同,在氣相捕獲腔中,盡管石墨烯晶疇之間也存在大量未融合的晶....

圖4在兩種生長腔中生長20min后轉(zhuǎn)移到300nm-SiO2/Si襯底上的石墨烯的拉曼光譜圖,圖中a、b、c和d譜線分別對(duì)應(yīng)著圖3中的a、b、c和d樣品

2.3氣相捕獲腔對(duì)石墨烯生長特性的影響圖4為圖3中的石墨烯樣品轉(zhuǎn)移到300nm-SiO2/Si襯底上的Raman光譜。為了便于對(duì)比,將2D峰的強(qiáng)度進(jìn)行了歸一化處理。從圖中可以看出,所有譜線中的2D峰(～2680cm-1)與G峰(～1580cm-1)的比值(I2D/IG....

圖5兩種生長腔中氣相碳源的傳質(zhì)過程

其中,η為氣體的粘滯系數(shù),v0為氣流速率,ρ為氣體密度,r0為石英管的直徑。在高溫低壓條件下,該粘滯層極薄,氣相碳源在銅箔襯底和主氣流間進(jìn)行快速傳質(zhì),從而為石墨烯的生長提供更多的碳源,使石墨烯具有較高的生長速率,如圖3(a)所示。然而,這也會(huì)造成氣相碳源在銅箔表面的滯留時(shí)間較短,....

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