Deposisi Uap Kimia yang Ditingkatkan-Plasma Asetilen pada Katalis Bimetal yang Dikodekan Meningkatkan Kontinuitas Lembar Grafena Di Bawah Kondisi Pertumbuhan Suhu Rendah
Abstrak
Di sini, kami melaporkan metode baru untuk sintesis suhu rendah graphene monolayer pada 450 °C pada katalis bimetal Ni-Au polikristalin. Dalam penelitian ini, sintesis deposisi uap kimia graphene suhu rendah dilakukan pada 450 °C pada codeposited Ni-Au yang menunjukkan keberhasilan pembentukan monolayer graphene tanpa proses anil ekstra. Hasil eksperimen menunjukkan bahwa kodeposisi berkas elektron katalis bimetal adalah prosedur kunci yang memungkinkan penghapusan anil suhu tinggi pra-pertumbuhan katalis sebelum sintesis graphene, proses yang sangat diperlukan, yang digunakan dalam laporan sebelumnya. Pembentukan lebih lanjut ditingkatkan oleh pertumbuhan yang dibantu plasma di mana plasma yang digabungkan secara induktif mengionisasi prekursor karbon yang berinteraksi dengan katalis Ni-Au yang dikodekan dengan ketebalan 50 nm pada 450 °C. Kondisi pertumbuhan gabungan ini secara drastis meningkatkan keseragaman lembaran graphene dan konektivitas area dari 11,6% menjadi 99%. Parameter fabrikasi ini memungkinkan pembentukan graphene yang bergeser dari model pertumbuhan berbasis difusi massal menuju reaksi berbasis permukaan. Teknik yang dilaporkan di sini membuka peluang pertumbuhan graphene suhu rendah untuk potensi penggunaan dalam aplikasi CMOS di masa mendatang.
Pengantar
Sudah lebih dari 10 tahun sejak isolasi graphene [1], satu lapisan atom karbon dalam kisi heksagonal; namun, bahan 2D yang unik ini belum dimasukkan secara industri ke tingkat yang menguntungkan barang-barang konsumen. Grafena adalah bahan yang sangat menjanjikan untuk industri semikonduktor karena sifat elektroniknya yang menonjol [2, 3]. Sebagai penghalang difusi yang sangat tipis secara atom [4], graphene adalah aset yang kuat dalam perlombaan untuk menciptakan jarak transistor yang semakin kecil dan melanjutkan pemerintahan Hukum Moore. Namun, aplikasinya dalam industri semikonduktor telah sangat terhambat oleh suhu tinggi yang biasanya diperlukan untuk mensintesis graphene—dalam kisaran 800 °C~ 1000 °C [5]—dan fakta bahwa proses transfer graphene terbatas pada geometri planar. . Menumbuhkan graphene secara langsung dalam sirkuit terpadu akan melewati proses pemindahan graphene, proses destruktif lainnya, dari katalis pertumbuhan ke perangkat. Saat ini, dimungkinkan untuk tumbuh ke katalis Cu dan Ni (logam umum di sirkuit terpadu), tetapi ini membutuhkan suhu pertumbuhan yang tinggi [5], yang dapat merusak struktur sirkuit terpadu yang sudah ada. Banyak penelitian telah difokuskan pada penurunan suhu sintesis graphene dan telah ada keberhasilan baru-baru ini. Weatherup dkk. [3] telah menunjukkan kemungkinan untuk menumbuhkan graphene pada 450 °C dengan menambahkan lapisan Au 5 nm yang diuapkan secara termal di atas katalis Ni polikristalin setebal 550-nm yang didepositkan secara tergagap, tetapi pra-anil 600 °C dari lapisan Au dan Ni diperlukan untuk menghasilkan paduan Ni-Au. Mekanisme yang diusulkan adalah bahwa penambahan Au ke katalis Ni membantu membatasi penyerapan karbon selama paparan prekursor karbon dan mengurangi nukleasi graphene dan situs difusi keluar seperti tepi langkah dan batas butir [3]. Sementara kemajuan telah dibuat untuk mengurangi suhu sintesis ke kisaran 400–600 °C [3, 6, 7], dampak merusak dari transfer lembaran graphene juga harus diatasi. Pertumbuhan langsung ke Si atau SiO2 adalah target lain yang diinginkan untuk lembaran graphene, tetapi ini belum dilaporkan di wilayah 400 °C ~ 500 °C yang diperlukan untuk proses semikonduktor back-end-of-line (BEOL). Sedangkan pertumbuhan grafena langsung pada Si atau SiO2 belum tercapai, sintesis graphene pada katalis yang lebih tipis merupakan langkah penting menuju tujuan ini. Pada katalis yang lebih tipis, lapisan graphene yang dihasilkan lebih dekat dan lebih dekat ke substrat target. Ini menciptakan potensi untuk mengembangkan proses transfer yang tidak terlalu berbahaya bagi graphene dengan meminimalkan jumlah penanganan manual graphene karena kedekatannya dengan substrat target. Sementara graphene umumnya disintesis menggunakan teknik deposisi uap kimia (CVD), penambahan plasma jarak jauh dapat membantu mengurangi suhu sintesis. Pertumbuhan plasma memberi energi pada gas prekursor melalui ionisasi, mengatasi energi panas yang hilang saat tumbuh di kisaran 400 °C ~ 500 °C dibandingkan dengan kisaran 800 °C ~ 1000 °C. Keuntungan dari plasma yang digabungkan secara induktif jarak jauh ada dua:plasma dibuat jauh dari katalis pertumbuhan yang mengurangi kerusakan dari pemboman ion pada permukaan sintesis, dan bahwa plasma diproduksi melalui kumparan induksi yang berada di luar ruang pertumbuhan graphene di mana katalis substrat berada. Dalam sistem plasma kapasitif yang khas, tahap sintesis adalah antara dua pelat logam di dalam ruang vakum dengan potensi listrik di antara keduanya yang memaparkan permukaan pertumbuhan ke bahan asing apa pun dari sumber plasma. Menggunakan koil induksi eksterior yang melilit tabung aliran gas, kami mengionisasi gas prekursor dengan menciptakan medan elektromagnetik bolak-balik di dalam tabung. Ini benar-benar menghilangkan sumber plasma dari ruang yang tidak memungkinkan bahan asing dari sumber plasma berpotensi mencemari katalis pertumbuhan. Di sini kami melaporkan sintesis monolayer graphene (MLG) pada 450 °C menggunakan deposisi uap kimia plasma berpasangan induktif (ICPCVD) pada katalis Ni-Au tipis (50 nm) yang dikodekan dengan teknik evaporasi berkas elektron.
Metode Eksperimental
Persiapan Katalis
Dua metode preparasi katalis digunakan untuk penelitian ini untuk membandingkan efek Ni-Au versus Ni murni, dan semua deposisi katalis dilakukan dalam alat Deposisi Uap Fisik (PVD) Kurt J. Lesker yang terpisah. Untuk percobaan pertumbuhan Ni graphene murni, katalis Ni dibuat melalui sputtering magnetron ke SiO2 /Si wafer dengan ketebalan yang diinginkan (50 nm). Untuk preparasi katalis Ni-Au, pelet Au dan Ni terlebih dahulu dicampur dengan pemanasan berkas elektron, dimana sistem berkas elektron mengarahkan berkas elektron ke wadah yang berisi pelet logam Au dan Ni. Deposisi berkas elektron lebih disukai di sini karena fakta bahwa hal itu memungkinkan kontrol yang akurat dari persentase berat Au dalam campuran. Berkas elektron memanaskan dan mencampur pelet, dan campuran yang dihasilkan kemudian dikodekan melalui penguapan ke SiO2 /Si wafer seperti yang diilustrasikan secara skema pada Gambar 1. Proses paduan jarak jauh ini menghasilkan katalis yang memaparkan Ni ke prekursor hidrokarbon sambil menanamkan Au dalam jumlah besar Ni dan pada permukaan katalis. Persiapan katalis yang digunakan dalam literatur yang dilaporkan [3] mengendapkan logam menggunakan metode pelapisan di mana beberapa logam diendapkan di atas satu sama lain. Lapisan kemudian harus dianil pada 600 °C untuk membentuk paduan atau campuran. Teknik kodeposisi yang diterapkan dalam penelitian ini bertujuan untuk menghilangkan proses annealing katalis dan mencapai pembentukan graphene pada suhu rendah dengan menggunakan katalis paduan Ni-Au yang telah dibuat sebelumnya sebelum deposisi. Sifat dari keadaan pra-campuran katalis yang dikodekan mencegah kebutuhan akan pra-anil pencampuran untuk membentuk katalis yang valid. Untuk tujuan penyederhanaan dalam laporan ini, kami menyebut proses deposisi katalis ini sebagai “kodeposisi” karena Ni dan Au dikodekan pada substrat. Untuk percobaan kami, kami memilih untuk menyimpan paduan Au 1 wt% yang telah terbukti paling efektif dalam sintesis graphene suhu rendah [3]. Katalis Ni dan Ni-Au murni diendapkan hingga ketebalan 50 nm karena minat kami pada pertumbuhan katalis yang lebih tipis. Kami menemukan ketebalan ini berada dalam kisaran yang dilaporkan sebelumnya untuk pertumbuhan berbasis nikel [8, 9], meskipun ini berada pada suhu yang jauh lebih tinggi dari 450 °C, namun katalis Au-Ni 50 nm kami adalah urutan besarnya lebih tipis dari yang dilaporkan Pertumbuhan multilayer graphene (MLG) 450 °C [3].
Diagram skema teknik kodeposisi berkas elektron di mana kita melihat pelet Ni dan Au dicampur dari jarak jauh dalam wadah sebelum diuapkan ke substrat. Proses ini berfungsi untuk sepenuhnya menghilangkan kebutuhan untuk anil pra-pertumbuhan yang digunakan dalam literatur sebelumnya dan memungkinkan sintesis graphene monolayer lengkap pada 450 °C
Pertumbuhan Grafik
Rezim pertumbuhan graphene kami dilakukan di ruang ICPCVD dinding dingin yang dibuat khusus. Suhu diukur melalui pengukur termokopel yang ditempelkan ke permukaan sampel untuk mendeteksi suhu permukaan in situ yang akurat. Gas dialirkan ke ruangan melalui pancuran. Sampel ditempatkan di atas panggung yang dipanaskan secara berseri-seri kira-kira 25 cm di bawah pancuran gas. Katalis yang telah disiapkan dimasukkan ke dalam ruang ICPCVD dan dipompa ke tekanan dasar 1 × 10
−6
Torr setelah itu H2 diperkenalkan pada 15 sccm saat sampel dipanaskan hingga suhu proses 450 °C. Setelah sampel mencapai suhu proses, H2 aliran dihentikan, dan ruang dibersihkan menggunakan Ar. Setelah tekanan dasar dibangun kembali, Ar dihentikan dan C2 H2 diterbangkan pada 0,1 sccm sehingga tekanan ruang menjadi 6 × 10
−6
Tor. Untuk pertumbuhan yang ditingkatkan plasma, daya RF yang bervariasi dari 0 hingga 10 W diperkenalkan untuk sampel pertumbuhan yang berbeda. Sepuluh watt adalah daya RF tertinggi yang dapat disuplai dengan tetap menjaga stabil, plasma berpasangan induktif jarak jauh (ICP) karena pada C2 yang begitu rendah H2 tekanan resistensi gas sangat tinggi dan arus induksi mulai mengalir di tempat lain pada kekuatan plasma yang lebih tinggi. Setelah durasi pertumbuhan yang diinginkan tercapai (7 menit untuk pertumbuhan CVD dan 30 detik untuk pertumbuhan ICPCVD), C2 H2 aliran dihentikan, diikuti oleh pembersihan Ar lainnya untuk membuang gas proses yang tersisa keluar dari ruang. Pemanas sampel kemudian dimatikan sehingga sampel mendingin hingga mencapai suhu kamar.
Karakterisasi Grafik
Setelah sintesis, sampel graphene dilapisi spin dengan PMMA. Wafer kemudian ditempatkan di FeCl3 untuk mengetsa Ni, diikuti oleh yodium/kalium iodida (40 mL H2 O/4 g KI/1 g I2 ) solusi untuk mengetsa sisa Au. Film yang dihasilkan kemudian dipindahkan untuk membersihkan SiO2 /Si wafer, dan PMMA tergores dengan aseton. Analisis spektroskopi graphene dilakukan menggunakan spektrometer Horiba Jobin Yvon HR800 UV Raman dengan laser 532 nm untuk mengidentifikasi puncak spektral kunci yang diharapkan untuk film tipis graphene. Rasio intensitas puncak D:G dan D:D’ (ID:G , AkuD:D' ) memberikan informasi tentang kepadatan cacat dan jenis cacat di graphene masing-masing. Intensitas puncak 2D:G (I2D:G ) serta puncak 2D lebar penuh pada setengah maksimum (FWHM) memberikan informasi tentang jumlah total lapisan graphene. Tampilan graphene monolayer bebas cacat ID:G sekitar 0, namun, ketika ada cacat I2D:G> 1.0 dan FWHM2D < 100 cm
−1
merupakan indikasi dari graphene monolayer [10]. Pencitraan permukaan dilakukan menggunakan Zeiss Sigma VP FEG SEM yang dikonfigurasi dengan detektor elektron sekunder In-Lens, yang memungkinkan untuk melihat ukuran butir dan morfologi katalis setelah pembentukan graphene. ImageJ digunakan untuk melakukan perhitungan persentase lembar lebih besar dari I2D:G = 1 yang menunjukkan persentase graphene monolayer yang dihasilkan, dan puncak Raman dipasang dan dianalisis menggunakan program yang ditulis dalam R untuk mengidentifikasi rasio puncak dan FWHM.
Hasil dan Diskusi
Di sini, terlihat bahwa penggunaan kodeposisi Ni-Au sebagai teknik preparasi katalis menghilangkan proses pra-annealing 600 °C yang diperlukan sebelumnya untuk paduan katalis Ni-Au dengan membandingkan dengan katalis kontrol dasar Ni saja dan sebelumnya laporan [3]. Untuk membandingkan efek Ni-Au dengan Ni murni, Gbr. 2 menampilkan rata-rata spektrum Raman dari graphene yang ditransfer yang ditumbuhkan melalui CVD termal pada 450 °C dengan C2 7 menit H2 paparan pada (a) Ni murni dan (b) katalis Ni-Au yang dikodekan tanpa anil berbeda dengan literatur sebelumnya [3]. Model pertumbuhan katalis Ni murni CVD yang diterima untuk graphene [11] menunjukkan bahwa prekursor hidrokarbon diserap ke dalam jumlah besar Ni dan didehidrogenasi, karena C menunjukkan difusi yang tinggi dalam Ni. Selama pendinginan, atom C individu berdifusi keluar dari Ni massal ke permukaan dan membentuk graphene [12]. Gambar 2a menampilkan film tipis karbon amorf dan spektrum yang sesuai (sisipan) yang khas untuk pertumbuhan katalis Ni murni suhu rendah. Katalis Ni polikristalin mengandung banyak step edge dan batas butir pada permukaan sebagai hasil dari deposisi sputter yang bertindak sebagai situs yang memiliki kemungkinan tinggi difusi C dan oleh karena itu sebagai situs nukleasi graphene selama pendinginan yang memungkinkan atom C berdifusi dari bulk. di terlalu banyak lokasi menyebabkan tumpang tindih. Namun, dengan penambahan 1 wt% Au, pada Gambar 2b, peningkatan drastis dalam spektrum Raman diamati. Spektrum menunjukkan puncak D, G, dan 2D yang terdefinisi dengan baik dengan I2D:G = 1.2 dan FWHM2D = 48.5 cm
−1
yang menunjukkan pembentukan graphene monolayer dengan cacat. Ada I . yang relatif besar D:G = 0.68 dan I . yang sesuai D:D' = 5.0 yang menunjukkan bahwa ada jenis cacat kekosongan dan ketidakcocokan kisi [13], namun, harap dicatat pada Gambar 2a, b, seluruh film tipis diproduksi. Berdasarkan literatur, karbon tidak mudah berdifusi di Au [14], dan ini menunjukkan bahwa Au dapat mengurangi jumlah situs nukleasi graphene dengan memblokir tepi langkah dan batas butir [3] jika terletak di wilayah ini menghasilkan lebih sedikit nomor lapisan dengan membatasi absorpsi C dan difusi keluar. Untuk mengilustrasikan mekanisme pertumbuhan untuk formasi ini, Gbr. 3 menunjukkan satu set diagram skema yang membandingkan model pertumbuhan Ni vs Ni-Au murni untuk pertumbuhan CVD termal, di mana sintesis Ni graphene tipikal mengembangkan graphene multilayer karena ketidakmampuan untuk mencekik penyerapan C dan difusi keluar (Gbr. 3a), namun penambahan Au membantu dalam mengontrol penyerapan dan difusi C dalam Ni (Gbr. 3b). Hasil ini menunjukkan bahwa penambahan Au efektif dalam menghasilkan graphene pada suhu rendah yang sesuai dengan hasil yang dilaporkan oleh Weatherup et al. [3]. Namun yang paling penting, hasil kami menunjukkan bahwa penggunaan kodeposisi sepenuhnya menghilangkan anil 600 °C yang diperlukan untuk menghasilkan paduan Ni-Au, menjadikannya sintesis yang benar-benar 450 °C dengan memadukan katalis Ni dan Au dari jarak jauh sebelum pengendapan, bukan selama resep pertumbuhan.
Gambar optik dan spektrum Raman (sisipan) a karbon amorf sebagai hasil dari percobaan sintesis graphene selama 7 min C2 H2 paparan pada katalis Ni murni 50 nm pada 450 °C dan b sintesis graphene yang berhasil mengikuti parameter yang sama seperti a pada katalis Ni-Au yang dikodekan, harap perhatikan titik gelap di bagian atas gambar b adalah area graphene multilayer dan ditangkap untuk menambahkan kontras guna membantu mengidentifikasi area monolayer di sekitarnya. Ada peningkatan nyata yang dibuat dengan penambahan 1 wt% Au karena ini adalah satu-satunya variabel yang diubah untuk memungkinkan perubahan drastis dari karbon amorf ke graphene. Diberi label dalam a adalah puncak kunci yang digunakan untuk karakterisasi graphene. Untuk b , kami menghitung I2D:G = 1.2, FWHM2D = 48.5, AkuD:G = 0.68, dan AkuD:D' = 5.0
Diagram skematis pertumbuhan graphene pada a katalis Ni murni di mana beberapa lapisan graphene (FLG) diproduksi karena penyerapan C yang tidak terkontrol dan difusi keluar di situs energi tinggi seperti tepi langkah dibandingkan dengan b sintesis Ni-Au yang dikodekan di mana Au bertindak sebagai pembatas penyerapan C serta mengurangi tingkat produksi graphene yang tinggi dengan memblokir pemandangan nukleasi seperti tepi langkah
Sementara Ni-Au yang dikodekan menghasilkan film graphene, sangat penting untuk dapat menghasilkan area graphene yang kontinu dan seragam yang luas untuk aplikasi praktis. Untuk mengatasi masalah ini, tiga pertumbuhan pada Ni-Au yang dikodekan dilakukan untuk membandingkan efek menggabungkan plasma jarak jauh dengan tiga kekuatan plasma berbeda ke dalam pertumbuhan. Gambar 4a–c menunjukkan Raman I2D:G peta graphene yang ditanam Ni-Au yang dikodekan melalui ICPCVD (masing-masing (0 W, 5 W, dan 10 W) dengan 30s C2 H2 waktu paparan. Gambar 4a adalah peta sintesis Raman yang dilakukan tanpa penambahan daya plasma RF yang menampilkan pola kotak-kotak yang merupakan hasil dari area kecil dengan ketebalan lapisan graphene yang berselang-seling. Penambahan daya plasma RF sebesar 5 W pada Gambar 4b dan 10 W pada Gambar. 4c menunjukkan porsi yang lebih besar dari lapisan yang terhubung dan lebih seragam yang ditampilkan oleh peningkatan area seragam I2D:G , diwakili oleh area warna seragam yang luas, dengan peningkatan daya RF. Ini menunjukkan bahwa penambahan plasma membantu dalam membuat lembar graphene yang lebih besar dan lebih seragam yang selanjutnya didukung oleh bagan data pada Gambar. 4d. Trennya adalah saat plasma RF ditingkatkan menjadi 10 W, ada peningkatan I2D:G , penurunan ID:G , dan penurunan FWHM2D yang semuanya signifikan dari graphene monolayer. Untuk mengeksplorasi kontinuitas film tipis graphene secara visual, Gambar 5a menunjukkan gambar SEM graphene pra-transfer yang ditanam melalui ICPCVD 10 W di mana kita melihat lembaran continuous monolayer graphene (MLG) selebar 15 μm dengan beberapa pulau graphene beberapa lapis (FLG ). Ada bintik yang terlihat pada permukaan pada Gambar 5a, tetapi ini dikaitkan dengan struktur butir yang mendasari katalis karena ini adalah gambar graphene yang tumbuh dan katalis polikristalin kami belum dihilangkan, yang dirinci pada Gambar . 5b serta korelasi spektrum Raman untuk graphene multilayer (MLG) dan graphene beberapa lapis (FLG) pada Gambar. 5c. Temuan kami menunjukkan, seperti yang ditunjukkan oleh Gambar 6, bahwa ion C terdehidrogenasi yang dihasilkan oleh plasma RF mencapai permukaan katalis dan bertindak sebagai tempat nukleasi berenergi tinggi untuk pertumbuhan benih. Meskipun ada penyerapan ke dalam Ni, ion C ini memiliki kemungkinan tinggi untuk berikatan dengan ion C tambahan di permukaan yang menghasilkan dimer dan molekul yang lebih besar yang kemungkinannya lebih kecil untuk diserap ke dalam katalis Ni. Karena kita melihat peningkatan keseragaman saat menerapkan plasma ke pertumbuhan, dan ketidakseragaman dalam pertumbuhan CVD termal, seperti yang ditampilkan pada Gambar. 4, ini menunjukkan bahwa selama sintesis ICPCVD, katalis tidak menyerap berlebihan untuk menghasilkan graphene multilayer. Sebaliknya, pertumbuhan bergeser ke mekanisme yang didominasi permukaan. Langkah menuju pertumbuhan yang didominasi permukaan ini juga mendukung pendekatan kami dalam memanfaatkan katalis tipis yang akan jenuh lebih cepat daripada katalis yang lebih tebal.
Peta Raman dari graphene yang ditumbuhkan pada 50 nm yang dikodekan Ni-Au dengan 30-an C2 H2 waktu pemaparan melalui a CVD, b ICPCVD dengan plasma 5 W, dan c ICPCVD dengan plasma 10 W. Aku2D:G , AkuD:G , dan FWHM2D untuk setiap daya plasma ditunjukkan dalam d di mana terlihat bahwa 10 W berfungsi sebagai yang terbaik karena I . yang lebih tinggi 2D:G , turunkan ID:G , dan FWHM yang lebih kecil2D dibandingkan dengan yang lain, dan spektrum representatif yang diambil dari wilayah paling terang c ditampilkan di e
Memindai gambar mikroskop elektron dari graphene yang tumbuh pada katalis Ni-Au yang dikodekan yang ditumbuhkan pada 450 °C melalui ICPCVD 10 W yang menunjukkan a bagian selebar 15 μm dari graphene monolayer kontinu (MLG) (panah merah) dengan beberapa pulau graphene (FLG) (gelap) (spektra Raman rata-rata yang sesuai dalam c ) dan b pembesaran tinggi area graphene monolayer di mana graphene terbentuk di atas butiran katalis
Diagram skematis pertumbuhan ICPCVD di mana kita melihat pergeseran menuju mekanisme yang didominasi permukaan. Pergeseran ini disebabkan oleh ionisasi atom C yang bertindak sebagai situs nukleasi graphene berenergi tinggi setelah mencapai permukaan katalis dan memungkinkan penggunaan katalis yang lebih tipis karena penyerapannya lebih sedikit yang menyebabkan produksi graphene berlebih selama pendinginan.
Manfaat ICPCVD dibandingkan CVD juga dapat dilihat saat membandingkan cakupan multilayer (MLG). Satu set sampel dari sintesis ICPCVD dan CVD dibandingkan dan hasilnya ditunjukkan pada Gambar. 7 yang menampilkan peta Raman dari (a) pertumbuhan CVD 7 menit versus (b) pertumbuhan ICPCVD 30 detik dengan daya RF 10 W pada Ni- au. Berdasarkan perhitungan peta Raman, kami memperkirakan bahwa pertumbuhan CVD 7 menit menampilkan cakupan 11,6% I2D:G> 1.0 sedangkan pertumbuhan ICPCVD 30-an di sisi lain menampilkan cakupan 99% dari I2D:G> 1.0. Ini menunjukkan plasma memainkan peran penting dalam konektivitas dan keseragaman graphene pada katalis tipis dan mencegah penyerapan sejumlah besar C ke dalam katalis sebagai lawan dari pertumbuhan CVD di mana penyerapan berlebihan C menyebabkan kelebihan produksi graphene dan dengan demikian kurang seragam. .
Peta Raman menunjukkan Aku2D:G> 1.0 untuk a Sintesis CVD dengan waktu pemaparan 7 min versus b Sintesis ICPCVD 10 W dengan waktu pemaparan 30 detik. Kedua pertumbuhan tersebut pada suhu 450 °C pada katalis Ni-Au yang dikodekan. Penambahan plasma meningkatkan keseragaman lapisan dari 11,6% (a ) hingga 99% (b )
Kesimpulan
Kami telah mendemonstrasikan validitas kodeposisi sebagai teknik preparasi katalis unik yang secara efektif menghilangkan kebutuhan anil untuk katalis Ni-Au dengan melakukan pra-paduan katalis dari jarak jauh selama penguapan e-beam dan menghasilkan katalis yang segera mampu untuk pertumbuhan graphene 450 °C. Penambahan menggunakan plasma yang digabungkan secara induktif selama pertumbuhan berfungsi untuk meningkatkan area film tipis graphene dan keseragaman lapisan dengan menggeser proses sintesis ke mekanisme yang didominasi permukaan yang bermanfaat ketika katalis tipis digunakan untuk pertumbuhan. Studi yang disajikan di sini menunjukkan kemajuan signifikan dalam penggunaan CVD yang ditingkatkan plasma dan katalis tipis Ni-Au yang dikodekan untuk menumbuhkan graphene dengan peningkatan kualitas pada suhu rendah. Namun, parameter pertumbuhan perlu disesuaikan dan dioptimalkan sehubungan dengan aplikasi spesifik. Misalnya, desain katalis dan optimasi untuk lebih meningkatkan ukuran butir graphene di bawah kondisi pertumbuhan suhu rendah dan pertumbuhan langsung graphene pada substrat yang diinginkan. Ini adalah masalah yang akan dibahas dalam investigasi yang sedang berlangsung.
Ketersediaan Data dan Materi
Semua data tersedia dari penulis melalui permintaan yang wajar.
Singkatan
2D:
Dua dimensi
BEOL:
Garis belakang
CVD:
Deposisi uap kimia
FLG:
Grafena beberapa lapis
FWHM:
Maksimum setengah lebar penuh
ICPCVD:
Deposisi uap kimia plasma yang digabungkan secara induktif
