Studium růstu vertikálního grafenu na stříbrném substrátu na základě plánovaného experimentu

Study of vertical graphene growth on silver substrate based on design of experiment

journal article in Web of Science

en

Due to the different catalytic activity between individual metallic materials, it is always necessary to find optimal conditions for the growth of vertical graphene for the new substrate. In this case, the silver substrate was used as the catalytic layer. The growth of graphene was accomplished by chemical vapour deposition supported by plasma discharge. To find the optimal parameters, a 69-round design of experiment was used with the following input factors: the temperature (500 – 800 °C), the pressure (200 – 1200 mTorr), the total flow (30 – 100 sccm), the methane content in the mixture and hydrogen pre-treatment. Based on the observation by electron microscope, the samples with vertical graphene were selected, which were further characterized. To determine the quality (D, G and 2D peaks intensity) of graphene and number of layers, Raman microscopy was used. The analysis of crystalline structure of graphene was carried out by means of a transmission electron microscope. The size of the deposit was determined by a combination of electron and ion microscopy. The analysis of the data obtained from the design of experiment identified the key parameters of vertical graphene deposition on the silver substrate. Besides, the impact of the individual parameters on the total thickness of the deposited graphene was evaluated.

Vzhledem k rozdílné katalytické aktivitě mezi jednotlivými kovovými materiály je vždy nutné najít optimální podmínky pro růst vertikálního grafenu pro nový substrát. V tomto případě byl jako katalytická vrstva použit stříbrný substrát. Růst grafenu byl dosažen chemickou depozicí par podporovanou plazmovým výbojem. Pro nalezení optimálních parametrů byl použit 69-kruhový plánovaný experiment s následujícími vstupními faktory: teplota (500 – 800 ° C), tlak (200 – 1200 mTorr), celkový průtok (30 – 100 sccm), obsah metanu ve směsi a předúprava vodíku. Na základě pozorování elektronovým mikroskopem byly vybrány vzorky se svislým grafenem, které byly dále charakterizovány. Pro stanovení kvality (intenzita píku D, G a 2D) grafenu a počtu vrstev byla použita Ramanova mikroskopie. Analýza krystalické struktury grafenu byla provedena pomocí transmisního elektronového mikroskopu. Velikost uložení byla stanovena kombinací elektronové a iontové mikroskopie. Analýza dat získaných z návrhu experimentu identifikovala klíčové parametry vertikálního ukládání grafenu na stříbrném substrátu. Dále byl hodnocen vliv jednotlivých parametrů na celkovou tloušťku uloženého grafenu.

Due to the different catalytic activity between individual metallic materials, it is always necessary to find optimal conditions for the growth of vertical graphene for the new substrate. In this case, the silver substrate was used as the catalytic layer. The growth of graphene was accomplished by chemical vapour deposition supported by plasma discharge. To find the optimal parameters, a 69-round design of experiment was used with the following input factors: the temperature (500 – 800 °C), the pressure (200 – 1200 mTorr), the total flow (30 – 100 sccm), the methane content in the mixture and hydrogen pre-treatment. Based on the observation by electron microscope, the samples with vertical graphene were selected, which were further characterized. To determine the quality (D, G and 2D peaks intensity) of graphene and number of layers, Raman microscopy was used. The analysis of crystalline structure of graphene was carried out by means of a transmission electron microscope. The size of the deposit was determined by a combination of electron and ion microscopy. The analysis of the data obtained from the design of experiment identified the key parameters of vertical graphene deposition on the silver substrate. Besides, the impact of the individual parameters on the total thickness of the deposited graphene was evaluated.

Uhlíkový materiál; vertikální grafen; PECVD; stříbro

Carbon material; Vertical graphene; PECVD;, Silver

26.05.2019

Nizozemsko

0925-9635

97

3

1–10

10