Direkte Synthese von Graphen-Dendriten auf SiO2/Si-Substraten durch chemische Gasphasenabscheidung

Einführung

Graphen ist eine Art zweidimensionales (2D) Kristallmaterial mit sp ² Kohlenstoffatome, die in einem Wabengitter angeordnet sind. Aufgrund der hervorragenden physikalischen und chemischen Eigenschaften hat Graphen seit seiner Entdeckung durch die mechanische Spaltung von hochgeordnetem pyrolytischem Graphit (HOPG) im Jahr 2004 große Aufmerksamkeit auf sich gezogen [1]. Bis heute hat sich Graphen als vielversprechendes Material in Superkondensatoren, Solarzellen, Sensoren usw. erwiesen [2,3,4,5,6,7,8,9,10]. Gleichzeitig wurden auch die von Graphen abgeleiteten Materialien wie eindimensionale Graphenfasern, zweidimensionales Graphenpapier und dreidimensionales Graphenhydrogel eingehend untersucht. Diese von Graphen abgeleiteten Materialien weisen neuartige mechanische und elektrische Eigenschaften auf, die sich stark von Graphen unterscheiden[11,12,13,14].

Graphen-Dendriten ist eine neue Art von Graphen-abgeleitetem Material, das eine baumartige Kristallstruktur aufweist. Im Allgemeinen kann die Dendritenstruktur während des Kristallwachstumsprozesses in einem Nichtgleichgewichtszustand gebildet werden. Bis heute wurde gezeigt, dass eine Vielzahl von Materialien wie Metall, Legierung und Metalloxid die Dendritenstrukturen bilden [15,16,17,18]. Diese Dendriten haben normalerweise einzigartige physikalische und chemische Eigenschaften, wodurch sie auf vielen Gebieten breite Anwendung finden. Zum Beispiel kann die große spezifische Oberfläche des Dendriten die Anzahl der aktiven Adsorptionsstellen vergrößern, was eine höhere Empfindlichkeit für die chemischen Sensoren und Biosensoren erwartet [19,20,21].

Obwohl die Dendriten die allgegenwärtige Kristallform in gefrierenden Legierungen und unterkühlten Schmelzen sind, werden die Graphenoxiddendriten und Graphendendriten erst 2015 synthetisiert [22, 23]. Der Graphenoxid-Dendriten wurde zuerst durch eine chemische Reaktion in mehreren Schritten synthetisiert, die sich als nützlich für die Sensorik und Trennung erwiesen hat [22]. Im selben Jahr haben Liu et al. stellten den Graphendendriten durch eine elektrochemische Reaktion unter Verwendung von Graphenoxid als Vorstufe her. Der präparierte Graphen-Dendrit zeigte eine Leitfähigkeit von 44 Sm ⁻¹ und wurde als Elektrode in Superkondensatoren verwendet [23]. Allerdings ist die Synthese von Graphen-Dendriten bisher auf elektrochemische Reaktionen mit Graphenoxid als Vorstufe beschränkt. Die Leitfähigkeit der synthetisierten Graphendendriten ist aufgrund der schlechten Leitfähigkeit von Graphenoxid noch relativ gering. Darüber hinaus ist ein Metallsubstrat bei der elektrochemischen Reaktion unverzichtbar. Infolgedessen müssen komplizierte und erfahrene Nachwachstumstechniken angewendet werden, um Metallsubstrate zu entfernen und die Graphendendriten auf dielektrische Substrate (SiO₂ /Si oder Quarz) zur Herstellung elektronischer Geräte [24,25,26].

In dieser Arbeit entwickeln wir eine einfache Strategie zur direkten Herstellung von Graphen-Dendriten auf SiO₂ /Si-Substrate durch chemische Gasphasenabscheidung (CVD) unter Verwendung von Methan und Wasserstoff als Vorstufen. Ohne Katalysator wurden die baumartigen Graphendendriten mit hoher Dichte direkt auf dielektrischen Substraten gezüchtet. Dieses Verfahren erfordert kein Metallsubstrat und ist daher mit dem Herstellungsprozess eines elektronischen Geräts kompatibel. Die hergestellten Graphen-Dendriten zeigen eine gute Leitfähigkeit von ~ 286 Scm ⁻¹ , das etwa 6,5-mal höher ist als das nach dem elektrochemischen Verfahren synthetisierte. Die Hall-Mobilität der Graphen-Dendriten beträgt bis zu ~ 574 cm ² (Vs) ⁻¹ durch die Hall-Effekt-Messung. Darüber hinaus zeigen die Graphen-Dendriten ausgezeichnete mechanische Eigenschaften mit einem Young-Modul von bis zu 2,26 GPa. Die entwickelte Technik ist mit der bestehenden Halbleitertechnologie kompatibel und wird daher in nanoelektronischen Anwendungen wie biochemischen Sensoren, nanoelektromechanischen Systemen sowie molekularer Elektronik sehr nützlich sein.

Methoden

Das Wachstum von Graphen-Dendriten

Si-Wafer vom N-Typ mit einer Dicke von 300 nm SiO₂ Schicht wurden als Substrate verwendet. Diese Substrate wurden nacheinander mit Aceton, wasserfreiem Ethanol und entionisiertem Wasser gereinigt, bevor sie in das CVD-Reaktionssystem geladen wurden. Die detaillierte experimentelle Apparatur und der experimentelle Prozess sind in Abb. 1 schematisch dargestellt. Die gereinigten Substrate wurden auf die Oberseite der Außenwand eines 2-in. Quarzrohr, und dann wurde das 2-Zoll-Quarzrohr in einem 3-Zoll-Quarzrohr platziert. Quarzrohr in der CVD-Kammer. Die Vorstufe CH₄ und H₂ wurden in das CVD-Reaktionssystem eingeführt, nachdem ein Vakuum von nur 1 × 10 ^-4 . erreicht wurde mbar. Die Durchflussmenge von CH₄ und H₂ betrug 25 sccm bzw. 15 sccm. Als die Temperatur auf über 950 °C erhöht wurde, wurde CH₄ begann sich zu zersetzen und sich auf den Substraten abzulagern und diente somit als Kohlenstoffquelle für die Graphendendriten. Nach Abschluss des Wachstumsprozesses wurden die Proben schnell mit einer Geschwindigkeit von ~100 °C/min auf Raumtemperatur abgekühlt, indem der Würfel an der Luft ausgesetzt wurde. Die Gasemissionen aus dem CVD-Reaktionssystem wurden in einem Pyrolyseofen verbrannt und dann in die Luft abgegeben.

Schematische Darstellung des CVD-Prozesses für wachsende Graphen-Dendriten

Charakterisierungen

Die Morphologie der Graphen-Dendriten auf SiO₂ /Si-Substrate wurde unter Verwendung der Rasterelektronenmikroskopie (REM, ZEISS, SUPRATM-55) charakterisiert. Die energiedispersive Spektroskopie (EDS) wurde zur Elementanalyse von Graphen-Dendriten eingesetzt. Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS)-Spektren der Proben wurden unter Verwendung eines Thermofisher ESCALAB 250 mit monochromatisierter Al Kα-Röntgenstrahlung gemessen. Die gewachsenen Graphen-Dendriten wurden unter Verwendung einer konfokalen Raman-Spektroskopie (LabRAM HR800) in einer Rückstreukonfiguration mit einem 532-nm-Laser zur Anregung ausgewertet. Das ausgewählte Flächenelektronenbeugungsmuster (SAED) und die Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) Bilder von Graphendendriten wurden unter Verwendung von Transmissionselektronenmikroskopie (TEM, JEOL JEM2100) mit einer Beschleunigungsspannung von 200 kV aufgenommen. Die elektrischen Eigenschaften (I _SD -V _SD Eigenschaften) wurden mit einem Halbleiterparameteranalysator (PDA FS360) gekoppelt mit einer Sondenstation (PEH-4) bei Raumtemperatur gemessen. Die mechanischen Eigenschaften der Graphen-Dendriten wurden durch Rasterkraftmikroskopie (AFM, Bruker Multimode 8) im PeakForce Quantitative Nanomechanical Mapping (PFQNM)-Modus in Luft charakterisiert.

Ergebnisse und Diskussion

Die Graphen-Dendriten wurden auf dem SiO₂ . synthetisiert /Si-Substrate unter Verwendung eines Niederdruck-CVD-Systems. In diesem CVD-System lassen sich die Wachstumsparameter der Graphen-Dendriten präzise steuern. Abbildung 2a–c zeigen auf der Si-Oberfläche des SiO₂ . gewachsene Graphen-Dendriten /Si-Substrate bei einer anderen Temperatur von 980 °C bis 1050 °C. Die Wachstumstemperatur kann die Konfiguration und die Länge der Graphendendriten stark beeinflussen. Wie in Abb. 2 zu sehen ist, weisen die bei 980 °C gewachsenen Graphen-Dendriten eine hohe Dichte auf und die typische Dendritenlänge beträgt etwa 6 µm (Abb. 2a). Für die bei 1020 °C gewachsenen Graphen-Dendriten beträgt die typische Länge der Graphen-Dendriten etwa 10 µm (Abb. 2b). Wenn die Wachstumstemperatur weiter auf 1050 °C ansteigt, erhöht sich die Gesamtlänge der Graphen-Dendriten auf etwa 20 µm (Abb. 2c). Interessanterweise stellen wir fest, dass bei 1050 °C gewachsene Graphen-Dendriten eine typische baumartige Struktur mit vielen sekundären Dendriten aufweisen, die auf der Oberseite der primären Dendritenstruktur wachsen. Die baumartigen Graphen-Dendriten können auch auf SiO₂ . gezüchtet werden Oberfläche des SiO₂ /Si-Substrate bei 1050 °C wie in Abb. 2d gezeigt. Die Länge der baumartigen Graphen-Dendriten beträgt typischerweise weniger als 10 µm. Wie in Abb. 2c, d gezeigt, wachsen Graphendendriten entlang einer bestimmten Richtung, was auf die anisotropen Oberflächenenergien von SiO₂ . zurückgeführt werden kann /Si-Substrat [27].

SEM-Bilder von Graphen-Dendriten, die auf der Si-Oberfläche des SiO₂ . synthetisiert wurden /Si-Substrate bei der Wachstumstemperatur von 980 °C (a ), 1020 °C (b ) und 1050 °C (c ) und auf SiO₂ Oberfläche des SiO₂ /Si-Substrate bei 1050 °C (d ). Die Wachstumszeit betrug 120 min

Auch die Morphologien der Graphen-Dendriten werden stark von der Wachstumszeit beeinflusst. Abbildung 3 zeigt SEM-Bilder der Graphen-Dendriten, die zu unterschiedlichen Wachstumszeiten gewachsen sind. Mit zunehmender Wachstumszeit von 30 auf 120 min nimmt die Länge der baumartigen Graphen-Dendriten auf der Si-Oberfläche von ~ 6 auf ~ 20 μm zu (Abb. 3a–c) und die Länge der Dendriten auf der SiO₂ Oberfläche nimmt von ~ 1 auf ~ 8 μm zu (Abb. 3d–f). Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, ist die Länge der auf der Si-Oberfläche gewachsenen Dendriten größer als die auf der SiO₂ . gewachsene Oberfläche unter den gleichen Wachstumsbedingungen. Dieses Phänomen kann der Tatsache zugeschrieben werden, dass die Rauhigkeit der Si-Oberfläche größer ist als die des SiO₂ Oberfläche, da ein Polierprozess auf dem SiO₂ . durchgeführt wurde Oberfläche. Im Allgemeinen hat das raue Substrat eine hohe Oberflächenenergie [28, 29], was für das Wachstum der Graphen-Dendriten von Vorteil ist. Außerdem wird erwartet, dass sich zwischen den Graphendendriten und der Si-Oberfläche eine Heterostruktur ausbildet, da die Austrittsarbeit von Graphen (4,5~4,8 eV) höher ist als die von Si (~ 4,3 eV), die einen Elektronenladungstransfer von Si auf Graphen ermöglicht [30,31,32].

SEM-Bilder von baumartigen Graphen-Dendriten, die auf der Si-Oberfläche synthetisiert wurden (a–c ) und auf dem SiO₂ Oberfläche (d–f ) des SiO₂ /Si-Substrate für die unterschiedlichen Wachstumszeiten von 30 bis 120 min bei 1050 °C

Die elementare Zusammensetzung der Proben, die sowohl auf der Si-Oberfläche als auch auf SiO₂ . gewachsen sind wurde von EDS untersucht. Abbildung 4a, b zeigen die SEM-Bildbereiche, die von EDS auf Si und SiO₂ . durchgeführt wurden Oberfläche bzw. Die EDS-Karten für das elementare C, Si und O der Proben sind in den Abb. 4c–h dargestellt. Die Prozentsätze des Elementgehalts der Strukturen sind in den EDS-Scan-Maps rechts oben angegeben. Sowohl auf Si als auch auf SiO₂ Oberfläche, elementares C dominiert mit über der Hälfte dieser 53,8% auf der Si-Oberfläche und 64,4% auf SiO₂ . Eine kleine Menge an Si- und O-Elementen wird auch beobachtet (Abb. 4e–h), die vermutlich von SiO₂ . stammen /Si-Substrate. Das EDS-Ergebnis bestätigt, dass die elementare Zusammensetzung der Probe der von Graphen entspricht.

SEM-Bilder von Graphen-Dendriten, die auf der Si-Oberfläche gewachsen sind (a ) und SiO₂ Oberfläche (b ). EDS-Maps des Elementinhalts von C (c ), Si (e ) und O (g ) im gleichen Bereich gescannt mit (a ). EDS-Maps des Elementinhalts von C (d ), Si (f ) und O (h ) im gleichen Bereich gescannt mit (b )

Röntgen-Photoelektronenspektroskopie (XPS) wurde ebenfalls durchgeführt, um die detaillierte strukturelle Charakterisierung der Graphen-Dendriten, die auf Si und SiO₂ . hergestellt wurden, weiter zu veranschaulichen Oberfläche des SiO₂ /Si-Substrate (Abb. 5). Der Peak C1s bei etwa ~ 284 eV wird sowohl auf Si als auch auf SiO₂ . deutlich beobachtet Oberfläche, die dem sp ² . zugeordnet werden kann C-C-Netzwerk [33]. Die Peaks von O1s bei ~ 533 eV und Si2p bei ~ 104 ​​eV werden ebenfalls beobachtet, die dem SiO₂ . zugeordnet werden können /Si-Substrat [34]. Abbildung 5c, d zeigen die Aushärtungspassung von C1s aus Abbildung 5a bzw. b. Für beide Fälle kann der Peak C1s in drei Peaks unterteilt werden. Der Hauptpeak bei ~ 284,7 eV zeigt das Auftreten von sp ² Hybridisierungspeak von Graphen. Der Peak bei ~ 285.3 eV wird dem sp ³ . zugeordnet -Hybridisierung C-C-Bindung, die auf die Kontamination von natürlichem Kohlenstoff zurückzuführen ist [35]. Der schwache Peak bei ~ 288 eV bezieht sich auf Kohlenstoff-C=O-Gruppen, die wahrscheinlich auf die Sauerstoffkontamination während des Wachstums von Graphen-Dendriten zurückzuführen sind [36].

XPS-Spektren von Graphen-Dendriten, die auf SiO₂ . gewachsen sind (a ) und Si (b ) Oberfläche des SiO₂ /Si-Substrate. Kurvenanpassung des C1s-Peaks von Graphen-Dendriten, die auf SiO₂ . gewachsen sind (c ) und Si (d ) Oberfläche des SiO₂ /Si-Substrate

Raman-Spektren wurden durchgeführt, um die Kristallqualität und die Anzahl der Schichten der Graphen-Dendriten zu untersuchen [37,38,39]. Wie in Fig. 6a gezeigt, ist der D-Peak (~ 1350 cm ⁻¹ ), G-Peak (~ 1580 cm ⁻¹ ) und 2D-Peak (~ 2680 cm ⁻¹ ) von Graphen werden sowohl auf Si als auch auf SiO₂ . beobachtet Oberfläche des SiO₂ /Si-Substrate. Der G-Peak ist das Merkmal des Kohlenstoffs sp ² Struktur und der 2D-Peak ist die zweite Ordnung von Zonengrenzphononen. Der D-Peak ist ein defektbezogener Peak, der die Unordnung von Graphen widerspiegelt [40,41,42,43]. Für die Graphen-Dendriten, die sowohl auf Si als auch auf SiO₂ . gewachsen sind Oberfläche ist die Intensität des G-Peaks viel höher als die des 2D-Peaks, was darauf hindeutet, dass Graphen-Dendriten sowohl auf Si als auch auf SiO₂ . gewachsen sind Oberflächen haben einen mehrschichtigen Aufbau. Wenn die Wachstumstemperatur von 980 auf 1050 °C ansteigt, wird außerdem das Spitzenintensitätsverhältnis von I _D /ich _G sinkt von 1,92 auf 1,81, was darauf hindeutet, dass die Qualität der Graphen-Dendriten mit steigender Wachstumstemperatur verbessert wurde (Abb. 6b) [40,41,42,43].

a Raman-Spektren von Graphen-Dendriten, die sowohl auf Si als auch auf SiO₂ . gewachsen sind Oberfläche von SiO₂ /Si-Substrate. b Raman-Spektren von Grpahen-Dendriten, die auf einer Si-Oberfläche von 980 °C bis 1050 °C gewachsen sind

Darüber hinaus führten wir TEM und SAED durch, um die detaillierte Struktur von Graphen-Dendriten zu untersuchen. Die Proben wurden vor der TEM-Bildgebung auf das TEM-Gitter übertragen. Aus Abb. 7a, b können wir sehen, dass der Durchmesser der primären und sekundären Graphen-Dendriten etwa 1 µm bzw. 50 nm beträgt. Abbildung 7c, d zeigen die SAED-Muster der primären bzw. sekundären Graphen-Dendriten. Für beide Fälle zeigen die Muster eine typische 6-zählige Symmetrie von Graphen [44, 45]. Die hochauflösenden TEM (HRTEM)-Bilder von primären und sekundären Graphen-Dendriten, die vom Rand der Proben aufgenommen wurden, sind in Abb. 7e, f gezeigt. In beiden Fällen zeigt das HRTEM-Bild eine mehrschichtige Struktur, was darauf hindeutet, dass der Dendriten aus mehrschichtigem Graphen besteht. Dieses Ergebnis stimmt mit der Raman-Charakterisierung überein.

TEM-Bilder mit geringer Vergrößerung des Primärteils (a ) und die sekundäre (b ) Graphen-Dendriten und die SAED-Muster aus primären (c ) und die sekundäre (d ) Graphen-Dendriten. Hochauflösende TEM-Bilder von primären (e ) und die sekundäre (f ) Graphen-Dendriten

Die elektrischen Eigenschaften der Graphen-Dendriten wurden mit einem Back-Gate-Feldeffekttransistor (FET) bewertet. Für die elektrische Messung wurden die Proben in eine Sondenstation gelegt. Als Source- und Drain-Elektroden wurden zwei Wolfram-Mikrosonden (10 µm Durchmesser) verwendet und direkt auf dem SiO₂ . platziert Oberfläche an zwei Enden mehrerer ausgewählter Proben von Graphen-Dendriten. Abbildung 8a zeigt das lineare und reproduzierbare I _SD -V _SD Kurven bei Null-Gate-Spannung, die den ohmschen Kontakt demonstrieren, der zwischen Graphen-Dendriten und Wolfram-Sonden erhalten wird. Der Widerstand R der Graphen-Dendriten beträgt ungefähr 6110 . Der spezifische Widerstand ρ erhält man über die Gleichung:

a Eine repräsentative Strom-Spannung (I _SD -V _SD ) Kurven der Graphen-Dendriten bei Null-Gate-Spannung. b Hall-Widerstände als Funktion der magnetischen Feldstärke für Graphen-Dendriten

Wo das S und L sind der Querschnitt und die Länge der Graphendendriten. Die Leitfähigkeit σ wird nach der Formel berechnet:

Basierend auf der obigen Analyse beträgt die elektrische Leitfähigkeit der Dendriten ~ 286 Scm ⁻¹ .

Elektronische Transportmessungen am SiO₂ Oberfläche mit Van-der-Pauw-Struktur wurden bei Raumtemperatur durchgeführt. Hall-Widerstand (R _xy ) als Funktion der magnetischen Feldstärke ist in Abb. 8b dargestellt. Hall-Koeffizient R _H wird nach der Formel berechnet:

Wo t die Dicke der Probe ist und Rxy ist der Längswiderstand. Der Hall-Koeffizient beträgt − 1,2 cm ³ /C.

Der spezifische Widerstand der Graphen-Dendriten wird durch die Gleichungen extrahiert:

Wo ρ ist der spezifische Widerstand der Probe, R _xx ist der Längswiderstand, f ist der Van-der-Pauw-Faktor, und sein Wert liegt nahe 1 und wird daher vernachlässigt. Die erhaltene Leitfähigkeit beträgt ~ 474 S/cm, was mit dem Wert von ~ 286 Scm ⁻¹ . vergleichbar ist gemessen durch FET.

Darüber hinaus berechnen wir die Hall-Mobilität mit der folgenden Formel:

Die Hall-Mobilität von Graphen-Dendriten wird mit ~ 574 cm ² . berechnet /Vs, das viel höher ist als das des zuvor beschriebenen nanokristallinen Graphen-Dünnfilms [46].

Um die mechanischen Eigenschaften der Graphen-Dendriten zu bewerten, wurde AFM-Bildgebung im PFQNM-Modus verwendet, um den Young-Modul der Graphen-Dendriten zu untersuchen. Die Messungen wurden unter Umgebungsbedingungen bei Raumtemperatur durchgeführt. Abbildung 9a zeigt die Daten des Kraftverlaufs als Funktion des Abstands, der die Interaktion eines Annäherungszyklus (grüne Linie) und eines Rückzugszyklus (rote Linie) in PFQNM darstellt.

a AFM-Kraft-Weg-Kurve von Graphen-Dendriten. b AFM DMT Modulus-Bild des Young-Moduls von Graphen-Dendriten

Um den Young-Modul zu erhalten, wurde eine Anpassung der Retraktionskurve mit dem Derjaguin-Muller-Toporov (DMT)-Modell durchgeführt [47].

wo das F-F _adh stellt die Kraft auf den Cantilever relativ zur Adhäsionskraft dar, R der Spitzenradius ist und d ist die Verformung der Probe. Das Ergebnis der Anpassung ist der reduzierte Modul E* . Der Elastizitätsmodul kann durch die folgende Gleichung berechnet werden

wo die v _s und v _Tipp sind das Poisson-Verhältnis der Samples bzw. der Spitze, die Es und E _Tipp sind der Elastizitätsmodul der Proben bzw. der Spitze. Eine Probe mit einer Scangröße von 2,0 µm × 2,0 µm wurde getestet. Wie in Abb. 9b gezeigt, sind die Graphen-Dendriten im gelben Bereich der Karte dargestellt. Der Elastizitätsmodul von Graphen-Dendriten beträgt bis zu 2,26 GPa, erhalten aus dem mit dem gelben Kreuz markierten Bereich.

Wir vergleichen die mechanischen und elektrischen Eigenschaften verschiedener Arten von Graphen-abgeleiteten Materialien, wie in Tabelle 1 gezeigt [11,12,13,14, 23]. Die Leitfähigkeit unseres Graphen-Dendriten ist um mehrere Größenordnungen höher als die von Graphen-Hydrogel und dem elektrochemischen Graphen-Dendriten [23]. Der Wert ist auch vergleichbar mit dem anderer von Graphen abgeleiteter Materialien, wie etwa Graphenfasern von ~ 10 Scm ⁻¹ [12] und 2,5 × 10 ⁴ Sm ⁻¹ (250 Scm ^-1 ) [13] und Graphenpapier von 351 Scm ⁻¹ [14]. In Bezug auf die mechanische Festigkeit ist der Youngsche Modul von Graphendendriten in dieser Arbeit viel höher als der von Graphenhydrogel von ~ 450 kPa (~ 4,5 × 10 ⁻⁴ GPa) und ist auch mit Graphenfasern von 420 MPa (0,42 GPa) [12] und ~ 7700 MPa (~ 7,7 GPa) [13] vergleichbar. Im Vergleich zu den anderen von Graphen abgeleiteten Materialien ist der Graphen-Dendriten aufgrund seines Durchmessers im Nanometerbereich und seiner guten Kompatibilität mit der bestehenden Halbleitertechnologie besser für die Verwendung in der nanoelektronischen Vorrichtung geeignet.

Schlussfolgerungen

In dieser Arbeit haben wir erfolgreich ein direktes Wachstum von Graphen-Dendriten sowohl auf Si als auch auf SiO₂ . erreicht Oberflächen auf SiO₂ /Si-Substrate unter Verwendung eines CVD-Verfahrens. Die Morphologie der Graphendendriten kann durch die Wachstumstemperatur und Wachstumszeit reguliert werden. Raman-Spektren und TEM-Analyse zeigten, dass die Graphen-Dendriten eine mehrschichtige Struktur aufweisen. Die Graphendendriten zeigen hervorragende elektrische Eigenschaften mit einer Leitfähigkeit von ~ 286 Scm ⁻¹ und Hall-Mobilität von ~ 574 cm ² (Vs) ⁻¹ . Die Graphen-Dendriten zeigen auch eine gute mechanische Leistung mit einem Young-Modul von bis zu 2,26 GPa. Das Verfahren vermeidet die Notwendigkeit eines komplizierten und erfahrenen Transferprozesses nach dem Wachstum und ist mit der gegenwärtig existierenden Halbleitertechnologie kompatibel und ist daher für nanoelektronische Anwendungen sehr vielversprechend.

Verfügbarkeit von Daten und Materialien

Alle während dieser Studie generierten oder analysierten Daten sind in diesem veröffentlichten Artikel enthalten.

Abkürzungen

AFM:

Rasterkraftmikroskopie

Lebenslauf:

Chemische Gasphasenabscheidung

DMT:

Derjaguin-Müller-Toporov

EDS:

Energiedispersive Spektroskopie

PFQNM:

Quantitatives nanomechanisches Mapping von PeakForce

SAED:

Ausgewähltes Bereichselektronenbeugungsmuster

SEM:

Rasterelektronenmikroskopie

TEM:

Transmissionselektronenmikroskopie

XPS:

Röntgenphotoelektronenspektroskopie