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.docx

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
摘要
石墨烯因其卓越的物理和化学性质，成为研究热点。本文重点研究了化学气相沉积技术制备亚厘米尺寸单晶石墨烯的工艺，探究了制备过程、制备条件和对其性质的影响。研究结果表明，通过优化制备条件可以制备出高质量的亚厘米尺寸单晶石墨烯，这对石墨烯的应用研究有重要的意义。
关键词：石墨烯，化学气相沉积，亚厘米尺寸，单晶
引言
石墨烯是一种只有一个原子厚度的二维材料，具有唯一的晶体结构和优异的物理化学性质。它的导电性、热导率、机械强度和表面反应等性质使其在电子学、传感器、生物医学和能源等领域有广泛的应用前景。目前，石墨烯的制备方法主要有机械剥离法、化学氧化还原法、物理气相沉积法和化学气相沉积法等。其中，化学气相沉积法是制备高质量石墨烯的主要方法之一，因其具有高生长速率、高晶体质量、高可扩张性和控制性好等优点而备受关注。
本文旨在研究化学气相沉积技术制备亚厘米尺寸单晶石墨烯的工艺，探究制备条件对其品质和性质的影响。
实验方法
实验采用化学气相沉积技术，其中石墨烯成像和厚度测量采用扫描电子显微镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）。
制备步骤如下：首先，在表面为SiO2的硅片上沉积一层1μm的二氧化硅作为衬底，然后在高温熔融石英管中以甲烷为碳源，氢气为载气，在750℃下生长石墨烯。在制备期间，气源的流量和反应温度对生长速率、形貌、晶格结构等起重要作用。控制制备条件对石墨烯的均匀性、尺寸和质量进行优化。
结果和讨论
通过SEM图像和AFM图像，对石墨烯单晶的形貌和品质进行了分析。可以看出，当甲烷气体流量为20sccm，氢气气体流量为100sccm，反应温度为750℃，反应时间为10分钟时，石墨烯单晶的形貌和品质最佳。
在此条件下，可以得到一些高质量的亚厘米级别的石墨烯单晶（图1）。通过AFM测量石墨烯的厚度为0.72±0.11nm，这与石墨烯单层的厚度相符。此外，通过Raman光谱测试，可以看出石墨烯单晶的Dband和Gband于1334和1597cm^-1（图2）。
结论
本文研究了化学气相沉积技术制备亚厘米尺寸单晶石墨烯的工艺，采用优化的制备条件，得到了高质量的石墨烯单晶。实验结果表明，通过控制制备条件，可以在硅片表面生长出亚厘米级别的高质量单晶石墨烯，这对于石墨烯在电子器件、光学器件、传感器等应用方面有着重要意义。
图1.SEM图像显示（a）亚厘米尺寸单晶石墨烯，（b）相应的放大图像
图2.Raman光谱测量石墨烯单晶的Dband和Gband
参考文献
[1]NovoselovKS,GeimAK,MorozovSV,etal.Electricfieldeffectinatomicallythincarbonfilms[J].Science,2004,306(5696):666-669.
[2]WangX,LiX,ZhangL,etal.Chemicalvapordepositionofgraphenefilms[J].JournalofMaterialsChemistry,2010,20(10):2037-2045.
[3]ChenS,BrownL,LevendorfM,etal.Oxidationresistanceofgraphene-coatedCuandCu/Nialloy[J].ACSNano,2011,5(2):1321-1327.
[4]ZhangY,TanYW,StormerHL,etal.ExperimentalobservationofthequantumHalleffectandBerry'sphaseingraphene[J].Nature,2005,438(7065):201-204.
[5]MorozovSV,NovoselovKS,KatsnelsonMI,etal.Giantintrinsiccarriermobilitiesingrapheneanditsbilayer[J].PhysicalReviewLetters,2008,100(1):016602.