Laiapinnalise grafeeni valmistamine keemilise aurufaassadestuse meetodil: erinevus redaktsioonide vahel
Eemaldatud sisu Lisatud sisu
Resümee puudub |
Resümee puudub |
||
4. rida:
<br />
[[Grafeen|Grafeenis]] nähakse suurt potentsiaali tuleviku nanoelektroonikas tänu selle laengukandjate suurele liikuvusele.<ref>D. Wei and Y. Liu, Controllable synthesis of graphene and its applications. Adv. Mater. 22 (2010) 3225-3241</ref>
Grafeenil on lisaks heale elektrijuhtivusele veel teisigi väärtuslikke omadusi, nagu näiteks rekordiline soojusjuhtivus<ref name="S. Ghosh">S. Ghosh, W. Bao D. L. Nika, S. Subrina, E. P. Pokatilov, C. N. Lau, A. Balandin, Dimensional crossover of thermal transport in few-layer graphene. Nature Materials 9 (2010) 555-558</ref>, suur mehaaniline tugevus<ref>C. Lee, X. Wei, J. W. Kysar and J. Home, Measurement of the elastic properties and intrinsic strength of monolayer graphene. Science 321 (2008) 385-388</ref> ja läbipaistvus<ref name="K. S. Kim">K. S. Kim, Y. Zhao, H. Jang,S. Y. Lee, J. M. Kim, K. S. Kim, J-H. Ahn, P. Kim, J-Y. Choi and B. H. Hong, Large-scale pattern growth of graphene films for stretchable transparent electrodes. Nature 457 (2009) 706-710</ref>.
Seetõttu püütakse grafeeni kasutusele võtta väga erinevates rakendustes – lisaks väljatransistoritele on sellest valmistatud läbipaistvaid ja painduvaid elektroode, ülitundlikke sensoreid<ref>H. J. Park, J. Meyer, S. Roth and V. Skakalova, Growth and properties of few-layer graphene prepared by chemical vapor deposition. Carbon 48 (2010) 1088-1094</ref> ning grafeeni on kasutatud ka komposiitmaterjalides.<ref name="S. Ghosh" />
27. rida:
==Prekursormaterjalid==
Grafeeni CVD-sünteesil kasutatakse prekursoritena süsinikmaterjale, enamasti metaani, aga ka eteeni või heksaani.<ref name="A. Reina">A. Reina, X. Jia, J. Ho, D. Nezich, H. Son, V. Bulovic, M. S. Dresselhaus and J. Kong, Large area, few-layer graphene films on arbitrary substrates by chemical vapor deposition. Nano Letters 9 (2009) 30-35</ref> <ref>Y. Yao, Z. Li, Z. Lin, K-S Moon, J. Agar and C. Wong, Controlled growth of multilayer, few-layer, and single-layer graphene on metal substrates. J. Phys. Chem. 115 (2010) 5232-5238</ref> <ref>D. Kondo, S. Sato, K. Yagi, N. Harada, M. Sato, M. Nihei and N. Yokoyama, Low-temperature synthesis of graphene and fabrication of top-gated field effect transistors without using transfer processes. Applied Physics Express 3 (2010) 025102</ref> <ref name="Suhkur">http://www.nanomagazine.co.uk/index.php?option=com_content&view=article&id=1341:sugar-and-slice-make-graphene-real-nice&catid=38:nano-news&Itemid=159</ref>
<ref>X. Li, W. Cai, J. An, S. Kim, J. Nah, D. Yang, R. Piner, A. Velamakanni, I. Jung, E. Tutuc, S. K. Banerjee, L. Columbo and R. S. Ruoff, Large-area synthesis of high-quality and uniform graphene films on copper foils. Science 324 (2009) 1312-1314</ref> <ref>A. Reina, S. Thiele, X. Jia, S. Bhaviripudi, M. S. Dresselhaus, J. A. Schaefer and J. Kong, Growth of large-area single- and bi-layer graphene by controlled carbon precipitation on polycrystalline Ni surfaces. Nano Res., 2 (2009) 509-516</ref> <ref>http://arxiv.org/abs/0912.5485</ref> <ref>Y-H. Lee, J-H. Lee, Scalable growth of free-standing graphene wafers with copper (Cu) catalyst on SiO2/Si substrate: Thermal conductivity of the wafers. Appl. Phys. Lett., 96 (2010) 083101</ref> <ref>J. Park, J. Meyer, S. Roth and V. Skakalova, Growth and properties of few-layer graphene prepared by chemical vapor deposition. Carbon 48 (2010) 1088-1094</ref> <ref>A. Srivastava, C. Galande, L. Ci, L. Song, C. Rai, D. Jariwala, K. F. Kelly and P. M. Ajayan, Novel liquid precursor-based facile synthesis of large-area continuous, single, and few-layer graphene films. Chem.Mater., 22 (2010) 3457-3461</ref> <ref>Y. Lee, S. Bae, H. Jang, S. Jang, S-E. Zhu, S. H. Sim, Y. I. Song, B. H. Hong and J. H. Ahn, Wafer-scale synthesis and transfer of graphene films. NanoLetters 10 (2010) 490-493</ref> <ref>M. P. Levendorf, C. S. Ruiz-Vargas, S. Garg and J. Park, Transfer-free batch fabrication of single layer graphene transistors. Nano Letters 9 (2009) 4479-4483</ref>
37. rida:
Heksaan võiks sobida grafeeni sünteesiks isegi rohkem kui metaan, sest grafeeni struktuur (6 süsinikuga ringstruktuur) on heksaanil juba algselt olemas. Samas võib heksaan moodustada plahvatusohtlikke peroksiide ning on lisaks ka kantserogeensete omadustega.
==CVD keskkond ja metallide lõõmutamine==
Grafeeni süntees toimub inertses, enamasti argoongaasi keskkonnas. Lõõmutamisel, sadestamisel ja ka jahutamisel juhitakse süsteemi lisaks ka vesinikku. Lõõmutamine on vajalik metalli mikrostruktuuri parendamiseks, näiteks saadakse suuremad kristalliidid. Atomaarne vesinik eemaldab metalli pinnal olevad lisandid nagu O, S ja P, mis võivad põhjustada süsiniku sadestamisel lokaalseid variatsioone, sh. defekte.<ref name="Q. Yu">Q. Yu, J. Lian, S. Siriponglert, H. Li, Y. P. Chen and S-S Pei, Graphene segregated on Ni surfaces and transferred to insulators. Appl. Phys. Lett. 93 (2008) 112103</ref>
==CVD nikli näitel==
Eraldunud süsinik difundeerub esmalt niklisse, seejärel segregeerub ja sadestub jahutamise käigus pinnale, moodustades grafeeni. Jahutamise käigus väheneb süsiniku lahustuvus niklis, mis 900 °C juures on 0,9 a%, järsult 0,1 a% toatemperatuuril.<ref>X. Li, W. Cai, L. Colombo and R. S. Ruoff, Evolution of graphene growth on Ni and Cu by carbon isotope labeling. Nano Letters 9 (2009) 4268-4272</ref> <ref>S. Bhaviripudi, X. Jia, M. S. Dresselhaus and J. Kong, Role of kinetic factors in chemical vapor deposition synthesis of uniform large area graphene using copper catalyst. Nano Letters 10 (2010) 4128-4133</ref>
Grafeeni moodustumiseks nikli pinnale on seega väga oluline metallaluse jahutamise kiirus.<ref name="Q. Yu"/> Nimelt tekib ülikiirel jahutamisel (20 °C/s) kustutamise efekt, lahustunud süsinikuaatomid kaotavad oma liikuvuse veel enne kui nad laiali hajuvad, st. nad ei suuda lühikese ajaga pinnale segregeeruda. Kiirel/keskmisel jahutamisel (10 °C/s) suudavad süsinikuaatomid aga segregeeruda nikli pinnale. Väga aeglasel jahutamisel (0,1 °C/s) on süsinikuaatomitel piisavalt aega difundeeruda metalli sisemusse ning seetõttu ei jätku aatomeid pinnale, et moodustada grafeeni/grafiiti.<ref name="Q. Yu"/>
Lisaks jahutamise efektile sõltub monokihilise grafeeni teke nikli pinnale veel ka metalli paksusest ja kasvatamise ajast. Nimelt ~100 nm paksusele niklikihile tekib 30 s kasvatamise käigus suurema tõenäosusega monokihiline grafeen (ca 60%), kui 300 nm paksusele niklile 3 min jooksul, kus monokihi osakaal on tavaliselt ca 5%.<ref name="K. S. Kim"/> Monokihiline grafeen tekib samas pigem suurematele nikli terakestele kui väikestele, sest väiksemad terakesed on eelistatult mitmekihilise grafeeni nukleatsioonitsentriteks.<ref name="A. Reina"/>
== Viited ==
| |||