升温速度对石墨烯生长的影响

  20世纪70年代的碳纤维、80年代的富勒烯、90年代的碳纳米管等接二连三以新面貌登场的碳结构，到了2000年以后，结构更简单的石墨烯鲜明登场。石墨烯作为替代硅的下一代晶体管材料，全世界范围内开展了对石墨烯的研究。

  SiC热分解法是石墨烯合成法的其中之一，SiC热分解石墨烯合成法最大的优点在于均质的石墨烯可以直接在SiC半绝缘基板上形成。本文作者主要研究了不同的升温速度对石墨烯生长的影响。

图1 sic阶梯附近形成的石墨烯的断面TEM像。(a)宽平台上的石墨烯，(b)跨越阶梯成长的石墨烯，(c)阶梯中形核的石墨烯在上面的平台上向同一个方向成长，(d)阶梯附近的石墨烯成长模式图。

  因此，本文作者使用Thermo理工的旋转椭圆体黄金镜的红外集光加热方式的高速高温装置（SR-1800）对SiC基板试样进行40℃/min和270℃/min两种不同升温速率的加热，该装置采用无污染的加热方式，可以在30秒内将试样快速加热到1800℃。（该装置如下图2所示）使用AFM装置进行观察，得到两种升温速率下不同的结果图像，如下图3所示。

图2 SR-1800加热装置实物图

图3 石墨烯的阶梯式凸起抑制力。(a)加热图像，(b)高速升温形成石墨烯后，1650℃保持30分钟，(c)低速升温形成石墨烯时的AFM形状图像和断面图像。

  通过以上系统的加热实验，可以得出下列事实：①SiC基板进行高速升温加热时，阶梯式凸起被抑制。②石墨烯在阶梯式凸起后形成。

本文作者：名古屋大学（未来材料·组织研究所，楠 美智子；工学研究系，乘松 航）