利用二段式常壓化學氣相沉積法在絕緣基板上合成免轉移石墨烯

Transfer-Free Synthesis of Graphene on Insulating Substrates by Two-Step APCVD

許偉誠(Wei-Cheng Hsu) ； 陳柏瑋(Bo-Wei Chen) ； 莊家翔(Chia-Shain Chuang) ； 陳祺(Chi Chen) ； 蔡東昇(Dung-Sheng Tsai) ； 温武義(Wu-Yih Uen)

《真空科技》 34卷3期 (2021/09) Pp. 35~1-35~7

摘要

利用常壓化學氣相沉積（atmospheric pressure chemical vapor deposition）與鎳金屬催化經過兩階段升溫在二氧化矽（SiO_2）上直接成長具有公分大小的免轉移石墨烯。從拉曼光譜（Raman spectrum）與大面積（12 × 12μm^2）拉曼影像（Raman mapping）分析得知，免轉移石墨烯具有低缺陷與高均勻性（～90%單層結構）。在低溫（75 K）與室溫（300 K）的載子遷移率（carrier mobility）分別為～11300 cm^2/V．s 與～750 cm^2/V．s，同時與溫度（T）的n次方（2 ＜ n ＜ 4）呈負相關，暗示著高能量聲子（phonon）造成更多的電子散射。本研究在二氧化矽基板上實現大面積、無轉移石墨烯的成長，有望提升石墨烯相關電子元件的商用化機會。

關鍵字

常壓化學氣相沉積 ； 免轉移石墨烯 ； 鎳催化 ； 拉曼光譜

並列摘要

A cm-sized transfer-free graphene was grown directly on SiO_2 with a Ni-catalyzed atmospheric pressure chemical vapor deposition (APCVD) and a two-step thermal annealing process. According to Raman spectrum and a large sized (12 × 12 μm^2) Raman mapping, the transfer-free graphene shows low defects and high uniformity (~90% single-layer structure). The carrier mobility at 75 K and 300 K are ~11300 and ~750 cm^2/V．s, respectively. Moreover, the carrier mobility shows the negative correlation with T^n (2＜n＜4), indicating that high energy phonons assited more electron scattering. This study demonstrates the large-area and transfer-free graphene grown on SiO_2 substrates, which is expected to increase the commercialization possibilities of graphene-based electronic devices.

並列關鍵字

atmospheric pressure chemical vapor deposition (APCVD) ； transfer-free graphene ； Ni-catalyzed ； Raman spectrum