[发明专利]利用合金催化剂制造石墨烯的方法

说明书

技术领域

示例性实施例涉及使用合金催化剂层制造石墨烯的方法。

背景技术

石墨烯是碳的单层结构，其中碳原子位于化学稳定的六角形(蜂巢)晶格中。石墨烯的电学特性是半金属的，因为其导带和价带仅在狄拉克点重叠。石墨烯的电子输运机理是弹道式的，电子的有效质量为零。因而，石墨烯可以用作具有很高的电子迁移率的沟道以制造场效应晶体管。10⁸A/cm²的电流密度可以在石墨烯中流动，其是铜(Cu)的最大电流密度的100倍。由于单层的石墨烯具有约2％的可见光吸收水平，所以石墨烯层是透明的。此外，鉴于其约1Pa的杨氏模量，石墨烯被认为是刚性的材料。

由于石墨烯的以上物理、光学和机械特性，石墨烯可以应用于各个领域。为了广泛地使用石墨烯，要求一种具有低和/或减少数目的缺陷的大面积石墨烯单层的简单制造工艺。

近来，石墨烯已经通过利用化学气相沉积(CVD)方法在诸如镍(Ni)、铜(Cu)或铂(Pt)的催化金属上沉积石墨烯层而制造。然而，在此方法中，石墨烯和石墨在制造工艺期间混合，难以合成均匀的石墨烯单层。

发明内容

示例性实施例包括利用合金催化剂制造大面积石墨烯单层的方法。

根据示例性实施例，一种利用合金催化剂层制造石墨烯的方法可以包括在衬底上形成合金催化剂层以及通过提供碳氢气体到合金催化剂层上而形成石墨烯层。

合金催化剂层可以包括从过渡金属选出的至少两种金属材料。合金催化剂层可以由从镍(Ni)、铜(Cu)、铂(Pt)、铁(Fe)和金(Au)构成的组中选出的至少两种金属材料形成。合金催化剂层可以包括原子比为约5％到约30％的Ni。合金催化剂层可以是Ni-Cu合金层。在形成合金催化剂层中，合金催化剂层可以形成为约10至约1000nm的厚度。合金催化剂层可以通过溅射方法或蒸发方法形成。石墨烯层的形成可以在约650℃至约750℃的温度进行。

根据示例性实施例，制造石墨烯的方法可以包括在衬底上形成合金催化剂层以及在合金催化剂层上形成石墨烯层。

附图说明

从以下结合附图的简短描述，示例性实施例将被更清楚地理解。图1-3表示如这里所述的非限制性的示例性实施例。

图1和图2是示出根据示例性实施例的使用合金催化剂层制造石墨烯的方法的截面图；和

图3是使用根据示例性实施例的方法制造的石墨烯的拉曼光谱图。

应当指出，这些附图旨在示出在特定示例性实施例中使用的方法、结构和/或材料的一般特性并补充以下提供的书面描述。然而，这些附图不一定按比例，可以不精确地反映任何给定实施例的精确结构或性能特性，并且不应被解释为限制或限定由示例性实施例涵盖的数值或性质的范围。例如，为了清晰，分子、层、区域和/或结构元件的相对厚度和位置可以被减小或夸大。在各个附图中使用的相似或相同的附图标记旨在指代相似或相同的元件或特征的存在。

具体实施方式

现在将参照附图更充分地描述示例性实施例，附图中示出了示例性实施例。然而，示例性实施例可以以多种不同的形式实施，而不应被解释为仅限于这里阐述的实施例；而是，提供这些实施例使得本公开透彻并完整，并将示例性实施例的理念充分传达给本领域技术人员。在附图中，为清晰起见，层和区域的厚度被夸大。在附图中相似的附图标记指代相似的元件，因此将省略它们的描述。

应当理解，当称一元件“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到另一元件，或者还可以存在插入的元件。相反，当称一元件“直接连接”或“直接耦接”到另一元件时，不存在插入的元件。相似的附图标记始终指代相似的元件。如此处所用的，术语“和/或”包括一个或多个所列相关项目的任何及所有组合。用于描述元件或层之间的关系的其它术语应当以类似的方式解释(例如，“在...之间”与“直接在...之间”、“与...邻近”与“直接与...邻近”、“在...上”与“直接在...上”)。

应当理解，尽管这里可以使用术语“第一”、“第二”等描述各种元件、组件、区域、层和/或部分，但是这些元件、组件、区域、层和/或部分不应受限于这些术语。这些术语仅用于将一个元件、组件、区域、层或部分与另一元件、组件、区域、层或部分区别开。因此，以下讨论的第一元件、组件、区、层或部分可以被称为第二元件、组件、区域、层或部分而不背离示例性实施例的教导。