山东大学光学晶体材料国家重点实验室Fapeng Yu和Xian Zhao等–CVD法生长石墨烯过程中铜阶梯束的演化

采用化学气相沉积法(CVD)生长石墨烯时，常见的产物是铜阶梯束(CSBs)，其对石墨烯的质量有显著影响。虽然在Cu上制备大面积石墨烯方面已经取得了相当大的进展，但CSBs的生长行为尚未完全了解。研究了石墨烯与铜箔间热应力引起CSBs的主要影响因素。结果表明，铜晶体取向、石墨烯层数和铜箔表面波动对CSBs的形貌有影响。研究发现，高折射率表面的铜箔更容易形成明显的CSBs，平均粗糙度(Ra)增加了50%以上。CSBs的取向与Cu晶体的取向密切相关。双层石墨烯和三层石墨烯比单层石墨烯引起的CSBs更深、更宽，其Ra显著增加，约为单层石墨烯的两倍。通过拉曼光谱分析研究了石墨烯与铜箔之间的热应力。结果表明，CSBs是生长石墨烯与铜箔之间释放热应力的产物。这项研究为高质量的石墨烯生长提供了新的见解。

图1. 石墨烯在铜箔上生长的形貌。(a)多晶铜箔上生长石墨烯的SEM图像。(b)沿图(c)， (d)和(e)中彩色线的AFM高度剖面。(c)-(e) 图(a)中着色区域的AFM放大图像。

图2. 在多晶铜箔上生长石墨烯的(a)-(d) SEM和(e)-(g) AFM图像。

图3. CSBs方向。多晶铜箔上生长石墨烯的(a)SEM和(b) EBSD图像。(c) 图(a)中蓝色区域SEM放大图。箭头为CSBs的方向。MS构建的Cu(3 4 6)上CSBs的(d)三维视图和(e)俯视图图中括号中的数字描述了晶体平面方向。(f)-(m) MS构建的高指数面CSBs俯视图及对应的SEM图像。

图4. (a)和(b)石墨烯表面的SEM图像。(c) MS构建的Cu(1 4 6)上CSBs的俯视图，图中括号中的数字描述了晶体平面方向。

图5. 在Cu上生长石墨烯的不同层数的形貌。(a)三层和(b)两层石墨烯生长在多晶铜箔上的扫描电镜图像。(c)-(e) 1-3层石墨烯表面的AFM放大图像。

图6. (a)图1(a)中铜箔的不同晶面上的拉曼光谱；和(b)图5(a)中不同石墨烯层上的拉曼光谱。

相关研究成果由山东大学光学高等研究中心、晶体材料国家重点实验室Fapeng Yu和 Xian Zhao等人于2023年发表在Applied Surface Science (https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2022.155518)上。原文：Evolution of copper step beams during graphene growth by CVD method。