化學氣相沉積法合成石墨烯

Abstract

近年來隨著科技不斷進步，人類生活與科技更是密不可分，半導體與電子元件更是蓬勃發展。於半導體與電子元件逐漸縮小化之製程條件要求下，以往元件縮小技術面臨重大挑戰，此時直接製程微小奈米結構成為另一種趨勢。包括奈米碳管、奈米線與近年熱門新興材料石墨烯。其特有準二維結構與快速電子飄移率更是備受大家矚目。 有別於2010年諾貝爾獎得主在2004年所發表機械撥離法，也就是於高定向熱解離石墨（HOPG）中，運用膠帶反覆黏貼，機率性取出單層石墨烯。然而因取之不易，故無法針對工業上之應用進行量產。故本實驗採用化學氣相沉積法（CVD），利用過渡金屬銅箔當作催化金屬，於銅箔表面沉積石墨烯，並轉移至所需基板上。 根據2009年由美國德州大學R. S. Ruoff所率領之研究團隊在Science期刊發表，利用化學氣相沉積法於過渡金屬「銅」上合成95%以上單層石墨烯，因銅之自我限制機制，故當石墨烯完全覆蓋表面後將不再繼續沉積雙層甚至多層石墨烯。 相較於單層石墨烯快速之電子飄移率，雙層至十幾層有更多於單層石墨烯之自由電子數，更有利於較高導電效率之應用發展。因此我們研究溫度、壓力與氣體流量比例對石墨烯樣品結構與層數改變之影響。利用拉曼光譜分析儀分析品質與結構缺陷。 轉印製程中，我們利用PDMS支撐石墨烯並蝕刻銅箔，轉移至載玻片上。利用原子力顯微鏡與四點探針觀察厚度與其片電阻。