采用化學氣相沉積法(CVD)生長石墨烯時，常見的產物是銅階梯束(CSBs)，其對石墨烯的質量有顯著影響。雖然在Cu上制備大面積石墨烯方面已經取得了相當大的進展，但CSBs的生長行為尚未完全了解。研究了石墨烯與銅箔間熱應力引起CSBs的主要影響因素。結果表明，銅晶體取向、石墨烯層數和銅箔表面波動對CSBs的形貌有影響。研究發現，高折射率表面的銅箔更容易形成明顯的CSBs，平均粗糙度(Ra)增加了50%以上。CSBs的取向與Cu晶體的取向密切相關。雙層石墨烯和三層石墨烯比單層石墨烯引起的CSBs更深、更寬，其Ra顯著增加，約為單層石墨烯的兩倍。通過拉曼光譜分析研究了石墨烯與銅箔之間的熱應力。結果表明，CSBs是生長石墨烯與銅箔之間釋放熱應力的產物。這項研究為高質量的石墨烯生長提供了新的見解。
圖1. 石墨烯在銅箔上生長的形貌。(a)多晶銅箔上生長石墨烯的SEM圖像。(b)沿圖(c)， (d)和(e)中彩色線的AFM高度剖面。(c)-(e) 圖(a)中著色區域的AFM放大圖像。
圖2. 在多晶銅箔上生長石墨烯的(a)-(d) SEM和(e)-(g) AFM圖像。
圖3. CSBs方向。多晶銅箔上生長石墨烯的(a)SEM和(b) EBSD圖像。(c) 圖(a)中藍色區域SEM放大圖。箭頭為CSBs的方向。MS構建的Cu(3 4 6)上CSBs的(d)三維視圖和(e)俯視圖圖中括號中的數字描述了晶體平面方向。(f)-(m) MS構建的高指數面CSBs俯視圖及對應的SEM圖像。
圖4. (a)和(b)石墨烯表面的SEM圖像。(c) MS構建的Cu(1 4 6)上CSBs的俯視圖，圖中括號中的數字描述了晶體平面方向。
圖5. 在Cu上生長石墨烯的不同層數的形貌。(a)三層和(b)兩層石墨烯生長在多晶銅箔上的掃描電鏡圖像。(c)-(e) 1-3層石墨烯表面的AFM放大圖像。
圖6. (a)圖1(a)中銅箔的不同晶面上的拉曼光譜；和(b)圖5(a)中不同石墨烯層上的拉曼光譜。
相關研究成果由山東大學光學高等研究中心、晶體材料國家重點實驗室Fapeng Yu和 Xian Zhao等人于2023年發表在Applied Surface Science (https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2022.155518)上。原文：Evolution of copper step beams during graphene growth by CVD method。
轉自《石墨烯研究》公眾號
