The Impact and Elimination of Carbonaceous Impurities in Chemical Vapor Deposition Graphene on Copper

Grace à ses propriétés uniques, le graphène a réussi à capter l'attention des scientifiques depuis sa première isolation. Les mécanismes de croissance de cet allotrope de carbone ne sont pas entièrement compris mais il est connu qu'ils dépendent du substrat sur lequel est cru ce matériau incroyable. Dans une expérience typique de synthèse de graphène par dépôt chimique en phase vapeur (CVD), le substrat catalyse la dissociation d'un hydrocarbure via deux régimes de croissances possibles : le premier purement surfacique, où le carbone reste lié à la surface pour des métaux de transition ayant une faible solubilité du carbone (Cu et possiblement Pt), le second impliquant une dissolution dans le matériau suivi d'une précipitation du carbone (Ir, Ru, Ni). Dans ces travaux, nous proposons que ce mécanisme dépend d'un seuil, c'est à dire que la solubilité du carbone dans le cuivre est extrêmement faible mais assez haute pour que le carbone présent dans le matériau peut jouer un rôle dans la germination et la croissance latérale du graphène. Cet effet est étudié via le piégeage du carbone grâce à un prétraitement d'oxygène afin de purifier le cuivre ce qui montre les impacts sur la germination du graphène. Nous avons découvert que la méthode de purification la plus efficace est d'induire l'oxydation du cuivre en profondeur dicté par le diagramme de phase Cu-O ce qui nécessite une réduction de température pendant le prétraitement de 1000 C a 700 C en gardant une pressure d'oxygène de 5x10−5 Torr. Étendu sur 3 croissances avec un temps de prétraitement augmentant (10, 20, et 40 min) suivi d'un protocole de croissance de graphène normal, la nucléation de graphène est réduite résultant en une augmentation de taille de domaine jusqu'une suppression complète est atteint à 40 min. Un prétraitement d'oxygène nous permet aussi de faire croitre des domaines de graphène large de 860 um2.