在电子和光电子领域中，研究开发具有强抗氧化能力的晶圆级单晶石墨烯是至关重要的。尽管化学气相沉积(CVD)生长石墨烯方面已经取得了显著的进展，但是生产具有高结晶度和优异抗氧化性的晶片级石墨烯仍然是一个挑战。在这里，通过常压化学气相沉积法，在孪晶铂(111) （T-Pt，面内旋转60°）薄膜上外延生长了6英寸的单晶石墨烯。结果表明，在高温空气条件下(> 500 ℃), T-Pt上外延生长石墨烯，具有快速的生长速率和超高的稳定性。密度泛函理论计算表明，孪晶铂(1 1 1)表面不会改变石墨烯成核的优先取向，从而在铂衬底上形成高度排列的石墨烯畴。此外，石墨烯的边缘生长不受铂孪晶界的限制，这是石墨烯单晶快速生长的原因。该工作为制备具有优异抗氧化性的晶圆级单晶石墨烯单层提供了可靠的途径，并阐明了石墨烯畴在孪晶铂衬底上的定向生长机制。
 
 
Figure 1. 在铂衬底上生长6英寸单晶石墨烯。(a)生长单晶石墨烯的示意图。（b-d）石墨烯分别在铂薄膜上生长5、10和20分钟的扫描电镜图像。（e）Pt/Al2O3上生长6英寸单晶石墨烯的照片。(f)拉曼光谱。（g）石墨烯在Pt、CuNi和Cu薄膜上的覆盖率。
 
  
Figure 2. 退火后T-Pt薄膜的表征。（a）扫描电镜图像。（b-c）原子力显微镜图像。(d) EBSD面外扫描图。（e）EBSD面内扫描图。(f)铂的取向分布。(g) 孪晶域的尺寸分布。（h）退火后Pt膜的XRD图。
 

Figure 3. T-Pt基底上生长单晶石墨烯的表征。（a-c）SEM图和选取衍射图（ASED）。（d）石墨烯畴的晶体取向统计图。(e) 氢气刻蚀后T-Pt表面上连续石墨烯的SEM图像。（d）蚀刻孔边缘取向统计图。
 
  
Figure 4．(a) C24团簇的相对能量与Pt(1 1 1)表面的旋转角度的函数关系，（b）C24团簇具有相同的取向示意图，（c）C的典型原子构型，（d）碳的相对边缘形成能量。
 
  
Figure 5. 石墨烯在Pt、CuNi和Cu膜表面的抗氧化性。（a-c）Pt膜上的石墨烯在400°，500°退火10分钟前后的扫描电镜图像。（d）对应的拉曼光谱。（e-g）CuNi膜上的石墨烯在300°，400°退火10分钟前后的OM图像。（h）对应的拉曼光谱。（i-k）Cu膜上的石墨烯在200°，300°退火10分钟前后的OM图像。（l）对应的拉曼光谱。
  
       该研究工作由中科院上海微系统与信息技术研究所Guanghui Yu课题组于2021年发表在Carbon期刊上。原文：Epitaxial growth of wafer scale antioxidant single-crystal graphene on twinned Pt(11 1)。

转自《石墨烯杂志》公众号