[发明专利]一种在基材上气相沉积生长直立式石墨烯的方法

摘要

一种在基材上气相沉积生长直立式石墨烯的方法，涉及一种生长石墨烯的方法。包括以下步骤：选择基材，基材表面上沉积金属薄膜作为催化金属层；将之转入化学气相沉积反应炉中，抽真空，基材升温，然后通入碳基气态反应物和载气的混合气体以及惰性气体，使碳基气态反应物在高温下藉由金属催化剂分解产生含碳的带电离子或原子及其活性基团；使电场方向垂直于基材平面，使碳元素溶于催化金属层内；降低基材温度，使碳元素过饱和析出至金属表面并在催化金属层表面形成石墨稀薄膜；维持基材温度，降低基材表面的垂直电场强度，在催化金属层表面形成直立式石墨烯；提升石墨烯的质量。本发明可藉由不同阶段的外加电场强弱、温度控制来控制石墨烯的成长方向、各阶段结构及电气特征，实现了石墨烯的直立式可控性生长。

主权项

一种在基材上气相沉积生长直立式石墨烯的方法，其特征在于，包括以下步骤：1）选择一基材，基材厚度为25um‑200um，在基材表面上沉积至少一层金属薄膜作为催化金属层，沉积厚度为100‑500nm；2）将沉积在基材上的催化金属层转入化学气相沉积反应炉中，抽真空，基材升温至1000‑12000C，然后通入至少一种碳基气态反应物和载气的混合气体以及惰性气体，形成等离子体，使其中至少一种碳基气态反应物在高温下藉由金属催化剂分解，进而产生含碳的带电离子或原子及其活性基团；3）存在一个电场，电场方向垂直于基材平面，电场提供足够的能量使带电的碳基气态离子团对基材进行轰击，使碳元素溶于催化金属层内；4）降低基材温度至600‑10000C，催化金属层对碳的溶解度随着温度下降而降低，使碳元素过饱和析出至金属表面，并在催化金属层表面形成石墨稀薄膜；5）维持基材温度在8000C以上，降低基材表面的垂直电场强度，使碳基气态离子团沿电场方向垂直基材外延生长，在催化金属层表面形成直立式石墨烯；6）提升反应炉温度至1000‑12000C，利用氩气、氢气、氨气电浆后续处理，去蚀刻掉sp2和sp3混合的非晶质碳膜，提升石墨烯的质量。