升溫速度對石墨烯生長的影響

  20世紀70年代的碳纖維、80年代的富勒烯、90年代的碳納米管等接二連三以新面貌登場的碳結構，到了2000年以后，結構更簡單的石墨烯鮮明登場。石墨烯作為替代硅的下一代晶體管材料，全世界范圍內開展了對石墨烯的研究。

  SiC熱分解法是石墨烯合成法的其中之一，SiC熱分解石墨烯合成法最大的優點在于均質的石墨烯可以直接在SiC半絕緣基板上形成。本文作者主要研究了不同的升溫速度對石墨烯生長的影響。

圖1 sic階梯附近形成的石墨烯的斷面TEM像。(a)寬平臺上的石墨烯，(b)跨越階梯成長的石墨烯，(c)階梯中形核的石墨烯在上面的平臺上向同一個方向成長，(d)階梯附近的石墨烯成長模式圖。

  因此，本文作者使用Thermo理工的旋轉橢圓體黃金鏡的紅外集光加熱方式的高速高溫裝置（SR-1800）對SiC基板試樣進行40℃/min和270℃/min兩種不同升溫速率的加熱，該裝置采用無污染的加熱方式，可以在30秒內將試樣快速加熱到1800℃。（該裝置如下圖2所示）使用AFM裝置進行觀察，得到兩種升溫速率下不同的結果圖像，如下圖3所示。

圖2 SR-1800加熱裝置實物圖

圖3 石墨烯的階梯式凸起抑制力。(a)加熱圖像，(b)高速升溫形成石墨烯后，1650℃保持30分鐘，(c)低速升溫形成石墨烯時的AFM形狀圖像和斷面圖像。

  通過以上系統的加熱實驗，可以得出下列事實：①SiC基板進行高速升溫加熱時，階梯式凸起被抑制。②石墨烯在階梯式凸起后形成。

本文作者：名古屋大學（未來材料·組織研究所，楠 美智子；工學研究系，乘松 航）