[論文レビュー] Graphene Synthesis by Surface Segregation on Ni and Cu

Qingkai Yu, Jie Lian+4 more|arXiv (Cornell University)|Apr 10, 2008

Graphene research and applications被引用数 5

ひとこと要約

本稿では、大気圧下でニッケル（Ni）および銅（Cu）基板上での炭素の表面分離を用いて、高品質なグラフェンを合成する手法を提示する。高温で炭素をNiに溶解させた後、冷却速度を制御することで、均一な厚さを有する良好に制御された結晶性グラフェン膜を実現した。この膜は湿式エッチングによる転写後もその品質を維持した。

ABSTRACT

We report an approach to synthesize high quality graphene by surface segregation and substrate transfer. Graphene was segregated from Ni surface under the ambient pressure by dissolving carbon in Ni at high temperatures followed by cooling down with various rates. Different cooling rates led to different segregation behaviors, strongly affecting the thickness and quality of the graphene films. Electron microscopy and Raman spectroscopy indicated that the graphene films synthesized with medium cooling rates have high quality crystalline structure and well-controlled thicknesses. The graphene films were transferred to insulating substrates by wet etching and found to maintain their high quality.

研究の動機と目的

• スケーラブルで大気圧下での高品質グラフェン膜の合成手法を開発すること。
• ニッケル基板からの表面分離過程における冷却速度がグラフェンの厚さおよび結晶性に与える影響を調査すること。
• 絶縁基板への劣化を伴わず高品質なグラフェンの転写を可能にすること。
• 均一で単層または数層のグラフェン膜を得るための合成パラメータを最適化すること。

提案手法

• 大気圧下で高温に加熱したニッケル（Ni）基板に炭素を溶解させた。
• 異なる冷却速度で冷却することで、炭素の表面分離を誘導し、Ni表面にグラフェン層を形成した。
• 合成されたグラフェンの構造的品質および厚さを評価するために、電子線透過顕微鏡およびラーマン分光法を用いた。
• Ni基板からのグラフェン膜の転写に湿式エッチングを適用した。
• 冷却速度を系統的に変化させ、その影響がグラフェンの形状および結晶性に与える影響を調査した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ニッケルからの炭素分離過程における冷却速度が、合成されたグラフェンの厚さおよび結晶性にどのように影響するか？
• RQ2 表面分離を用いて大気圧下で高品質な単層または数層グラフェンを合成可能か？
• RQ3 湿式エッチングによる転写後、グラフェンの品質はどの程度維持されるか？
• RQ4 基板材料（Ni 対 Cu）が表面分離を介したグラフェン成長の制御に果たす役割は何か？

主な発見

• 中程度の冷却速度で合成されたグラフェン膜は、最も高い結晶性と均一な厚さを示した。
• 電子線透過顕微鏡により、Ni基板上に連続的で単層または数層のグラフェン膜が存在することが確認された。
• ラーマン分光法により、欠际密度が低く、2D/Gピーク強度比が高いことが判明し、構造的品質が優れていることが示された。
• 湿式エッチングによる転写後も、グラフェン膜は高い品質を維持した。
• 冷却速度は、分離挙動および膜の均一性に顕著な影響を与える重要なパラメータであることが同定された。