[论文解读] Suppression of Multilayer Graphene Patches during CVD Graphene growth on Copper

Zheng Han, Amina Kimouche+8 more|arXiv (Cornell University)|May 7, 2012

Graphene research and applications参考文献 33被引用 56

一句话总结

本研究提出一种脉冲化学气相沉积（CVD）方法，通过限制碳在铜基底表面缺陷处的偏析，抑制了多层石墨烯片的生成。该方法可获得均匀的、厘米尺度的单层石墨烯，其场效应迁移率超过5000 cm²/V·s，显著提升了传统CVD方法在均匀性和电子品质方面的表现。

ABSTRACT

By limiting the carbon segregation at the copper surface defects, a pulsed chemical vapor deposition method for single layer graphene growth is shown to inhibit the formation of few-layer regions, leading to a fully single-layered graphene homogeneous at the centimeter scale. Graphene field-effect devices obtained after transfer of pulsed grown graphene on oxidized silicon exhibit mobilities above 5000 cm^2.V^-1.s^-1.

研究动机与目标

• 解决在铜基底上CVD生长过程中多层石墨烯片生成的挑战。
• 提升CVD生长石墨烯的均匀性和电子品质，以适用于器件应用。
• 开发一种可最小化碳在铜表面缺陷处偏析的生长方法。
• 实现适用于高场效应迁移率晶体管的厘米尺度、均匀单层石墨烯。

提出的方法

• 采用脉冲CVD工艺替代连续CVD，以控制碳供应并减少在缺陷处的成核。
• 利用受控的气体脉冲限制碳原子在铜表面缺陷处的扩散与偏析。
• 优化生长参数，如温度、压力及前驱体暴露时间。
• 通过拉曼光谱和电输运测量表征石墨烯质量。
• 将生长后的石墨烯转移至热氧化硅基底上，用于场效应器件的制备。
• 结合原位监测与后处理分析，关联生长条件与多层结构生成的关系。

实验结果

研究问题

• RQ1 脉冲CVD如何在石墨烯生长过程中减少碳在铜表面缺陷处的偏析？
• RQ2 与连续CVD相比，脉冲CVD在抑制多层石墨烯片生成方面能达到何种程度？
• RQ3 采用脉冲法生长的石墨烯在均匀性和电子品质方面表现如何？
• RQ4 脉冲CVD方法能否实现适用于高性能器件的厘米尺度单层石墨烯？

主要发现

• 脉冲CVD方法成功抑制了多层石墨烯片的生成，实现了在厘米尺度铜基底上均匀的单层石墨烯。
• 基于脉冲生长石墨烯制备的场效应器件表现出超过5000 cm²/V·s的迁移率。
• 拉曼光谱证实了无显著的少层区域，表明其具有高均匀性。
• 多层片的抑制归因于脉冲碳供应减少了碳在铜表面缺陷处的偏析。
• 该方法实现了可扩展的、高质量的石墨烯生长，适用于纳米电子器件应用。