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中科院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所于廣輝課題組--孿晶鉑(111)上外延生長晶圓級抗氧化單晶石墨烯
       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。
 
  
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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