Mavzu: Nanotuzilmalarni hosil qilishning epitaksial usullari. Molekulyar nurli epitaksya. Epitaksya usulida kvant nurlarini o’z-o’zidan tashkillashish vositasida shakillantirish

2.4 Grafenning sintezi.Uchuvchi kashshof, uchuvchi moddalarni ma'lum bir hududga tashish va sirtda mahsulot berish uchun substratda kimyoviy reaktsiya CVD sintezidagi asosiy bosqichlardir. Grafen sintezi uchun uglerodning gazsimon kashshofi va yuqori haroratda uglerodning bir oz eruvchanligiga ega katalizator sifatida qattiq metall substrat kerak. Cho'kma TMDCs yoki substrat yordamida heterojen kimyoviy reaktsiyalarda ishlatiladigan bir hil gazsimon faza bo'lishi mumkin. Cu, Au, Pt, Fe va Ni kabi oʻtish metallari substratlari odatda grafen sintezi uchun katalizator sifatida ishlatiladi. Bu grafenning CVD sintezi usulini o'ziga xos metall substratlarga cheklaydi. Qattiq uglerod kashshoflari Poli(metilmetakrilat) (PMMA), saxaroza, ftoren, polistirol va geksaxlorbenzol. Suyuq prekursorlar benzol, metanol va etanol. Gazsimon prekursor metan, etilen (1000°C da) va asetilen (650°C da) kabi uglevodorodlardir.
PMMA vositachiligida nanotransfer bosib chiqarish texnologiyasi grafenni metall substratlardan boshqa substratlarga o'tkazish imkonini berdi. Birinchidan, zarur bo'lgan substratda PMMA yoki poliakrilonitril (PAM) shpin qoplamasi bilan quyiladi. Keyin mis, nikel yoki oltin kabi o'tish metalli metall/PMA/substratning yupqa plyonkasini olish uchun PMA/substrat ustiga sepiladi (nozik metall qatlam cho'ktiriladi). Tayyorlangan substratning pirolizidan (1000 ° C - 700 ° C) so'ng, metall qatlam kerakli substrat ustida grafen qatlamini olish uchun ishlangan. Geksaxlorbenzol, shuningdek, bir qatlamli grafenning o'sishi uchun qattiq kashshof sifatida ishlatiladi. Amaldagi mis folga 360 ° C past haroratda yuqori sifatli grafen ishlab chiqarish uchun HCB ning xlorsizlanish tezligini oshirish uchun katalizator vazifasini bajaradi (2.6-rasm).



Substratdagi uglerodning eruvchanligi (asosiy metall), vodorodning ta'siri, kislorodning ta'siri va gaz oqimi tezligining ta'siri kabi grafen sintezi uchun ba'zi parametrlar mavjud. Biz ushbu parametrlarning barchasini grafenning CVD sintezi uchun qisqacha muhokama qilamiz.
Uglerod manbai (qattiq, suyuq yoki gaz) pechning yuqori harorati yordamida uchuvchi holga keltiriladi va ba'zi mobil gaz yordamida u metall taglik ustiga o'tkaziladi. Metall substratni tanlashga qarab, ikkita yo'l grafen qatlamlari sintezini boshqaradi: (1) Shunday qilib hosil bo'lgan uglerod atomlari substratning asosiy qismida eriydi, ajratiladi va nihoyat grafen qatlamlarini berish uchun metall substrat yuzasida cho'kadi; va (2) gazsimon uglerod atomlari to'g'ridan-to'g'ri grafen varaqlarini berish uchun metall substrat tomonidan adsorbsiyalanishi mumkin.
Metall karbidlar uglerod atomlari ta'sirida substratning asosiy qismida osongina hosil bo'ladi, ammo boshqariladigan sovutish jarayoni grafen varaqlarini olish ehtimolini oshirishi mumkin. Pirolitik uglerod atomlari avval katalizatorda eriydi va keyin grafen varaqlarini olish uchun katalizator yuzasiga (metall substrat) cho'kadi. Ikkinchi yo'l uglerodning metallar substratida (Cu va Au) eruvchanligi kamroq bo'lganda, yuqori haroratda uglerod atomlari tarqalib, grafen varaqlarini beradi. Cu va Au dan foydalangan holda, uglerodning diffuziya qobiliyatidan sirt ustida yadrolanish va o'sish joylarining ko'payishi orqali oshib ketishi mumkin.

PMMA sifatida qattiq uglevodorod va suyuq uglevodorod manbalari mos ravishda polistirol va benzol ham mis folga ustida 1000 ° C da bir qatlamli grafen (SLG) etishtirish uchun ishlatiladi. Metandan o'tishdan oldin H2 va Ar gazini tozalash va pompalash kislorodsiz APCVD yordamida oksidlovchi aralashmalarni olib tashlashga yordam beradi. Ko'p qatlamli grafen (MLG) uglerodning yuqori eruvchanligiga ega katalizatorlar yordamida ham ishlab chiqariladi (2.7-rasm)

Asosiy metallar: Cu, Ni, Pd , Ru va Ir odatda grafen sintezi uchun asosiy material sifatida ishlatiladi. Yuqorida aytib o'tilgan har bir metall uglerod bilan har xil reaktivlikka (eruvchanlikka) ega, bu umuman grafenning sifati, davomiyligi va qatlam soniga ta'sir qiladi. Mis va nikel substratlari ikki xil mexanizmni ko'rsatadi. Nikel bo'lsa, yuqori haroratda uglerodda yuqori eruvchanligi, uglerod atomlari karbidlarni hosil qilish uchun asosiy qismga kiradi va sovutilganda grafen varaqlari shaklida cho'kma hosil bo'ladi, misda, yuqori haroratda uglerodning eruvchanligi pasayadi, uglerod tarqaladi. ma'lum bir chuqurlikka tushadi va keyin osongina grafen sifatida cho'kishni boshlaydi.
2.Kislorod bilan ta'minlash: Kislorod yadrolanish joylarini kamaytirish uchun kiruvchi yadro zichligini, massadan ortiqcha uglerod atomlarini, shuningdek sirtni kamaytiradi.
3.Vodorod bilan ta'minlash: vodorod sirt ifloslanishini, tavlanish paytidagi nuqsonlarni kamaytiradi, domen shaklini, yadrolanishni, shuningdek qatlam raqamini nazorat qiladi. Haddan tashqari vodorod grafen sifatiga ham ta'sir qilishi mumkin. Adsorbsiya, barqarorlik, qalinlik, faol turlarning zichligi o'sib chiqqan grafen ham ortiqcha vodorod ta'sir qiladi. Oksidlangan substratlar ikki qatlamli grafenni o'stira olmaydi, shuning uchun vodorod oksid qatlamini olib tashlash uchun ishlatilishi mumkin (2.8-rasm)

Grafenning turli substratlarga o'tkazilishi.
Nam kimyoviy usullarda substratlarni uzatish grafen qatlamini PMMA yoki polidimetilsiloksan (PDMS) kabi ba'zi polimerlar yordamida himoya qilish orqali amalga oshiriladi. Keyin temir xlorid (FeCl3), xlorid kislota (HCl), nitrat kislota (HNO3), temir (III) nitrat (Fe (NO3) 3) va mis xlorid (CuCl2) kabi ba'zi bir erituvchilar (erituvchilar) ishlatiladi. ) ostidagi metall taglik. Keyinchalik polimerik himoyalangan grafen boshqa substrat ustiga o'tkazilishi mumkin va polimer qatlami grafen qatlami ostida kerakli substratni olish uchun asetonda eritilishi mumkin.
Quruq kimyoviy usullar o'tkazish jarayonida hech qanday kimyoviy o'tkazgichni o'z ichiga olmaydi. Polimer qoplama grafen qatlamini himoya qilish va uzatish jarayonini engillashtirish uchun talab qilinadi. To'g'ridan-to'g'ri uzatish o'rtacha harorat va bosim ostida boshlang'ich substratni mexanik tozalash orqali amalga oshiriladi.