等离子体诱导的蓝宝石表面改性及其对 PECVD 生长石墨烯的影响

在介电质上无催化剂合成石墨烯可避免转移过程引起的损伤。尽管具有挑战性，掌握此种合成将推动石墨烯在消费电子中的集成，因为缺陷会阻碍其光电特性。本文研究了 c 面蓝宝石衬底的不同表面端基对通过等离子体增强化学气相沉积（PECVD）合成石墨烯的影响。蓝宝石表面的不同端基由等离子体刻蚀工艺控制。采用实验设计（DoE）流程评估支配四种不同参数刻蚀过程的主要效应：即放电功率、时间、压力和所用气体。在衬底表征中，通过接触角测量识别并表征了两种蓝宝石表面端基，其中亲水（疏水）表面分别是 Al-端基（OH-端基）表面的特征。所合成石墨烯中的缺陷通过 Raman 光谱分析。值得注意的是，我们发现生长于 OH-端基表面的石墨烯其 I_D/I_G 比下降。此外，识别出与石墨烯缺陷性质相关的两种不同机制，且取决于蓝宝石端基表面，分别对应于空位类或边界类缺陷。最后，研究缺陷密度与微晶面积及其与蓝宝石表面端基的关系，为提高所合成石墨烯的结晶度铺平了道路。