在電子和光電子領(lǐng)域中，研究開發(fā)具有強抗氧化能力的晶圓級單晶石墨烯是至關(guān)重要的。盡管化學(xué)氣相沉積(CVD)生長石墨烯方面已經(jīng)取得了顯著的進展，但是生產(chǎn)具有高結(jié)晶度和優(yōu)異抗氧化性的晶片級石墨烯仍然是一個挑戰(zhàn)。在這里，通過常壓化學(xué)氣相沉積法，在孿晶鉑(111) （T-Pt，面內(nèi)旋轉(zhuǎn)60°）薄膜上外延生長了6英寸的單晶石墨烯。結(jié)果表明，在高溫空氣條件下(> 500 ℃), T-Pt上外延生長石墨烯，具有快速的生長速率和超高的穩(wěn)定性。密度泛函理論計算表明，孿晶鉑(1 1 1)表面不會改變石墨烯成核的優(yōu)先取向，從而在鉑襯底上形成高度排列的石墨烯疇。此外，石墨烯的邊緣生長不受鉑孿晶界的限制，這是石墨烯單晶快速生長的原因。該工作為制備具有優(yōu)異抗氧化性的晶圓級單晶石墨烯單層提供了可靠的途徑，并闡明了石墨烯疇在孿晶鉑襯底上的定向生長機制。
Figure 1. 在鉑襯底上生長6英寸單晶石墨烯。(a)生長單晶石墨烯的示意圖。（b-d）石墨烯分別在鉑薄膜上生長5、10和20分鐘的掃描電鏡圖像。（e）Pt/Al2O3上生長6英寸單晶石墨烯的照片。(f)拉曼光譜。（g）石墨烯在Pt、CuNi和Cu薄膜上的覆蓋率。
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Figure 2. 退火后T-Pt薄膜的表征。（a）掃描電鏡圖像。（b-c）原子力顯微鏡圖像。(d) EBSD面外掃描圖。（e）EBSD面內(nèi)掃描圖。(f)鉑的取向分布。(g) 孿晶域的尺寸分布。（h）退火后Pt膜的XRD圖。
Figure 3. T-Pt基底上生長單晶石墨烯的表征。（a-c）SEM圖和選取衍射圖（ASED）。（d）石墨烯疇的晶體取向統(tǒng)計圖。(e) 氫氣刻蝕后T-Pt表面上連續(xù)石墨烯的SEM圖像。（d）蝕刻孔邊緣取向統(tǒng)計圖。
Figure 4．(a) C24團簇的相對能量與Pt(1 1 1)表面的旋轉(zhuǎn)角度的函數(shù)關(guān)系，（b）C24團簇具有相同的取向示意圖，（c）C的典型原子構(gòu)型，（d）碳的相對邊緣形成能量。
Figure 5. 石墨烯在Pt、CuNi和Cu膜表面的抗氧化性。（a-c）Pt膜上的石墨烯在400°，500°退火10分鐘前后的掃描電鏡圖像。（d）對應(yīng)的拉曼光譜。（e-g）CuNi膜上的石墨烯在300°，400°退火10分鐘前后的OM圖像。（h）對應(yīng)的拉曼光譜。（i-k）Cu膜上的石墨烯在200°，300°退火10分鐘前后的OM圖像。（l）對應(yīng)的拉曼光譜。
該研究工作由中科院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所Guanghui Yu課題組于2021年發(fā)表在Carbon期刊上。原文：Epitaxial growth of wafer scale antioxidant single-crystal graphene on twinned Pt(11 1)。
轉(zhuǎn)自《石墨烯雜志》公眾號
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