采用化學(xué)氣相沉積法(CVD)生長(zhǎng)石墨烯時(shí)，常見(jiàn)的產(chǎn)物是銅階梯束(CSBs)，其對(duì)石墨烯的質(zhì)量有顯著影響。雖然在Cu上制備大面積石墨烯方面已經(jīng)取得了相當(dāng)大的進(jìn)展，但CSBs的生長(zhǎng)行為尚未完全了解。研究了石墨烯與銅箔間熱應(yīng)力引起CSBs的主要影響因素。結(jié)果表明，銅晶體取向、石墨烯層數(shù)和銅箔表面波動(dòng)對(duì)CSBs的形貌有影響。研究發(fā)現(xiàn)，高折射率表面的銅箔更容易形成明顯的CSBs，平均粗糙度(Ra)增加了50%以上。CSBs的取向與Cu晶體的取向密切相關(guān)。雙層石墨烯和三層石墨烯比單層石墨烯引起的CSBs更深、更寬，其Ra顯著增加，約為單層石墨烯的兩倍。通過(guò)拉曼光譜分析研究了石墨烯與銅箔之間的熱應(yīng)力。結(jié)果表明，CSBs是生長(zhǎng)石墨烯與銅箔之間釋放熱應(yīng)力的產(chǎn)物。這項(xiàng)研究為高質(zhì)量的石墨烯生長(zhǎng)提供了新的見(jiàn)解。
圖1. 石墨烯在銅箔上生長(zhǎng)的形貌。(a)多晶銅箔上生長(zhǎng)石墨烯的SEM圖像。(b)沿圖(c)， (d)和(e)中彩色線的AFM高度剖面。(c)-(e) 圖(a)中著色區(qū)域的AFM放大圖像。
圖2. 在多晶銅箔上生長(zhǎng)石墨烯的(a)-(d) SEM和(e)-(g) AFM圖像。
圖3. CSBs方向。多晶銅箔上生長(zhǎng)石墨烯的(a)SEM和(b) EBSD圖像。(c) 圖(a)中藍(lán)色區(qū)域SEM放大圖。箭頭為CSBs的方向。MS構(gòu)建的Cu(3 4 6)上CSBs的(d)三維視圖和(e)俯視圖圖中括號(hào)中的數(shù)字描述了晶體平面方向。(f)-(m) MS構(gòu)建的高指數(shù)面CSBs俯視圖及對(duì)應(yīng)的SEM圖像。
圖4. (a)和(b)石墨烯表面的SEM圖像。(c) MS構(gòu)建的Cu(1 4 6)上CSBs的俯視圖，圖中括號(hào)中的數(shù)字描述了晶體平面方向。
圖5. 在Cu上生長(zhǎng)石墨烯的不同層數(shù)的形貌。(a)三層和(b)兩層石墨烯生長(zhǎng)在多晶銅箔上的掃描電鏡圖像。(c)-(e) 1-3層石墨烯表面的AFM放大圖像。
圖6. (a)圖1(a)中銅箔的不同晶面上的拉曼光譜；和(b)圖5(a)中不同石墨烯層上的拉曼光譜。
相關(guān)研究成果由山東大學(xué)光學(xué)高等研究中心、晶體材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室Fapeng Yu和 Xian Zhao等人于2023年發(fā)表在Applied Surface Science (https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2022.155518)上。原文：Evolution of copper step beams during graphene growth by CVD method。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
