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                        升溫速度對石墨烯生長的影響


                          20世紀70年代的碳纖維、80年代的富勒烯、90年代的碳納米管等接二連三以新面貌登場的碳結構,到了2000年以后,結構更簡單的石墨烯鮮明登場。石墨烯作為替代硅的下一代晶體管材料,全世界范圍內開展了對石墨烯的研究。

                          SiC熱分解法是石墨烯合成法的其中之一,SiC熱分解石墨烯合成法最大的優點在于均質的石墨烯可以直接在SiC半絕緣基板上形成。本文作者主要研究了不同的升溫速度對石墨烯生長的影響。

                          前人研究中發現SiC階梯在石墨烯核生長的發生點上起到重要作用。石墨烯易于在階梯式凸起后形成并均勻覆蓋。但是對SiC基板進行高速升溫加熱,卻抑制SiC基板的階梯式凸起。


                        圖1 sic階梯附近形成的石墨烯的斷面TEM像。(a)寬平臺上的石墨烯,(b)跨越階梯成長的石墨烯,(c)階梯中形核的石墨烯在上面的平臺上向同一個方向成長,(d)階梯附近的石墨烯成長模式圖。


                          因此,本文作者使用Thermo理工的旋轉橢圓體黃金鏡的紅外集光加熱方式的高速高溫裝置(SR-1800)對SiC基板試樣進行40℃/min和270℃/min兩種不同升溫速率的加熱,該裝置采用無污染的加熱方式,可以在30秒內將試樣快速加熱到1800℃。(該裝置如下圖2所示)使用AFM裝置進行觀察,得到兩種升溫速率下不同的結果圖像,如下圖3所示。

                        圖2 SR-1800加熱裝置實物圖

                        圖3 石墨烯的階梯式凸起抑制力。(a)加熱圖像,(b)高速升溫形成石墨烯后,1650℃保持30分鐘,(c)低速升溫形成石墨烯時的AFM形狀圖像和斷面圖像。


                          通過以上系統的加熱實驗,可以得出下列事實:①SiC基板進行高速升溫加熱時,階梯式凸起被抑制。②石墨烯在階梯式凸起后形成。


                        本文作者:名古屋大學(未來材料·組織研究所,楠 美智子;工學研究系,乘松 航)

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