[论文解读] Low temperature crystallization of diamond-like carbon films to graphene by low energy plasma surface treatment

Savcho Tinchev|arXiv (Cornell University)|Jul 3, 2012

Diamond and Carbon-based Materials Research被引用 3

一句话总结

本研究通过脉冲氩等离子体处理结合350 °C热退火，实现了非晶碳化金刚石（DLC）薄膜在低温下结晶为石墨烯。所得材料的拉曼光谱显示具有缺陷石墨烯的特征，表明转化不完全但具有在电子学中实现无衬底、无转移石墨烯合成的前景。

ABSTRACT

Plasma surface modification was used to fabricate graphene on the top of insulating diamond-like carbon films. It is shown that by a combination of pulsed argon plasma treatment and thermal annealing at 350\degreeC is possible to achieve partial crystallization of amorphous carbon to graphene. The observed Raman spectra are typical for defected graphene - splitted D- and G-peaks and a broad 2D-peak. This result is very encouraging and we hope that by improving this technology it will be possible to fabricate defect-free graphene, which can be used in electronics without transfer to other substrates.

研究动机与目标

• 开发一种在无需衬底转移的情况下，将非晶碳化金刚石（DLC）薄膜转化为石墨烯的低温方法。
• 解决传统石墨烯制备中高温合成和复杂转移工艺的挑战。
• 实现在绝缘DLC衬底上直接生长石墨烯，以适用于电子应用。
• 探索等离子体表面处理作为缺陷工程化石墨烯合成的可行途径。

提出的方法

• 对非晶DLC薄膜表面施加脉冲氩等离子体。
• 随后在350 °C下进行热退火，以促进碳原子的结构重排。
• 利用拉曼光谱分析所得碳薄膜的结晶质量与缺陷密度。
• 采用低能等离子体以最小化衬底损伤，同时实现碳网络的重构。
• 结合等离子体处理与热退火，以降低石墨化的能量势垒。
• 旨在在无外部催化剂或高温过程的条件下，直接在绝缘DLC上形成少层石墨烯。

实验结果

研究问题

• RQ1 脉冲氩等离子体处理是否能在低温下诱导非晶DLC薄膜的石墨化？
• RQ2 经等离子体与热处理后，所得碳薄膜的结构质量如何，拉曼光谱有何指示？
• RQ3 结晶过程在多大程度上可被调控，以在绝缘衬底上生成石墨烯样碳结构？
• RQ4 该方法是否可实现无转移步骤的非金属、绝缘衬底上石墨烯的直接合成？
• RQ5 等离子体与热处理的结合在促进低温碳相变中起到何种作用？

主要发现

• 在脉冲氩等离子体处理及350 °C热退火后，非晶DLC部分结晶为石墨烯样碳。
• 拉曼光谱显示D峰与G峰分裂，以及宽化的2D峰，特征为缺陷石墨烯。
• 观察到的缺陷特征表明所得碳网络中存在结构缺陷。
• 该方法实现的石墨烯形成温度显著低于传统非晶碳热退火温度。
• 该工艺与绝缘衬底兼容，支持无转移的直接生长。
• 结果表明，该方法为缺陷工程化、无转移石墨烯在电子学应用中提供了可行路径。