纳米晶石墨烯和形成纳米晶石墨烯的方法技术

提供纳米晶石墨烯和形成纳米晶石墨烯的方法。所述纳米晶石墨烯可包括通过堆叠多个石墨烯片而形成的多个晶粒并且具有约500ea/μm2或更高的晶粒密度和在约0.1或更大至约1.0或更小的范围内的均方根(RMS)粗糙度。当所述纳米晶石墨烯具有在这些范围内的晶粒密度和RMS粗糙度时，可提供能够作为薄层覆盖基底上的整个大面积的纳米晶石墨烯。的整个大面积的纳米晶石墨烯。的整个大面积的纳米晶石墨烯。

【技术实现步骤摘要】
纳米晶石墨烯和形成纳米晶石墨烯的方法
[0001]对相关申请的交叉引用
[0002]本申请基于在韩国知识产权局于2021年4月1日提交的韩国专利申请No.10
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2021
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0042820并且要求其优先权，将其公开内容全部通过引用引入本文中。


[0003]本公开内容涉及纳米晶(纳米晶体)石墨烯和/或形成所述纳米晶石墨烯的方法，且更特别地，涉及纳米晶石墨烯和/或其中通过等离子体化学气相沉积工艺(过程)直接在基底上生长纳米晶石墨烯的方法。

技术介绍

[0004]石墨烯为具有其中碳原子二维地彼此连接的六边形蜂窝结构的结晶材料。石墨烯是非常薄的，并且石墨烯层的厚度可等于单原子层的厚度。石墨烯可经由化学气相沉积(CVD)合成或者可通过将石墨逐层剥离而获得。

技术实现思路

[0005]提供根据实施方式的纳米晶石墨烯和/或通过使用等离子体化学气相沉积工艺在基底上直接生长纳米晶石墨烯而形成所述纳米晶石墨烯的方法。
[0006]另外的方面将部分地在随后的描述中阐明，且部分地将由所述描述明晰，或者可通过本公开内容的所呈现的实施方式的实践获悉。
[0007]根据实施方式，纳米晶石墨烯包括通过堆叠多个石墨烯片而形成的多个晶粒(多个通过堆叠多个石墨烯片而形成的晶粒)。所述纳米晶石墨烯具有约500ea/μm2或更高的晶粒密度和在约0.1或更大至约1.0或更小的范围内的均方根(RMS)粗糙度。
[0008]在一些实施方式中，所述纳米晶石墨烯的厚度可为约10nm或更小。例如，所述纳米晶石墨烯的厚度可为约2nm或更小。
[0009]在一些实施方式中，在所述纳米晶石墨烯的拉曼光谱中，D/G峰比率可为约1.0或更高，和2D/G峰比率可为约0.1或更高。
[0010]在一些实施方式中，所述纳米晶石墨烯可为在非催化性基底上形成的基底上石墨烯。
[0011]在一些实施方式中，所述纳米晶石墨烯可通过等离子体化学气相沉积工艺在约700℃或更低的温度下直接生长在非催化性基底上。
[0012]根据实施方式，形成纳米晶石墨烯的方法可包括：将包括碳源气体和惰性气体的反应气体注入反应室中，在所述反应室中产生所述反应气体的等离子体，和使用所述反应气体的等离子体在约700℃或更低的温度下直接在非催化性基底上生长纳米晶石墨烯。所述纳米晶石墨烯可包括通过堆叠多个石墨烯片而形成的多个晶粒。所述纳米晶石墨烯可具有约500ea/μm2或更高的晶粒密度和在约0.1或更大至约1.0或更小的范围内的均方根(RMS)粗糙度。
[0013]在一些实施方式中，注入反应气体可将所述惰性气体以在约600sccm
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约1600sccm的范围内的流速提供到所述反应室中。
[0014]在一些实施方式中，所述反应气体可不包括氢气或者可进一步包括氢气。当所述反应气体进一步包括氢气时，所述碳源气体、惰性气体、和氢气的体积比率可在约1:0.01至5000:0.001至300的范围内。
[0015]在一些实施方式中，所述碳源气体可包括烃气体和包含碳的液体前体的蒸气的至少一种。所述惰性气体可包括氩气、氖气、氮气、氦气、氪气、和氙气的至少一种。
[0016]在一些实施方式中，生长所述纳米晶石墨烯可在约180℃
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约700℃的范围内的处理温度下进行。
[0017]在一些实施方式中，生长纳米晶石墨烯可在约0.001托
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约10托的范围内的处理压力下进行。
[0018]在一些实施方式中，在所述室中产生所述反应气体的等离子体可使用至少一个(种)射频(RF)等离子体产生设备或至少一个(种)微波(MW)等离子体产生设备进行。所述等离子体可包括具有约3MHz
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约100MHz的频率范围的RF等离子体和具有约0.7GHz
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约2.5GHz的频率范围的MW等离子体。
[0019]在一些实施方式中，用于产生所述反应气体的等离子体的功率可在约10W
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约4000W的范围内。
[0020]在一些实施方式中，所述基底可包括IV族材料、半导体化合物、金属、和绝缘材料的至少一种。
[0021]在一些实施方式中，所述IV族材料可包括Si、Ge、或Sn。所述半导体化合物可包括其中Si、Ge、C、Zn、Cd、Al、Ga、In、B、N、P、S、Se、As、Sb、和Te的至少两种组合的材料。所述金属可包括Cu、Mo、Ni、Al、W、Ru、Co、Mn、Ti、Ta、Au、Hf、Zr、Zn、Y、Cr、和Gd的至少一种。
[0022]在一些实施方式中，所述绝缘材料可包括Si、Al、Hf、Zr、Zn、Ti、Ta、W、和Mn的至少一种，或者Si、Ni、Al、W、Ru、Co、Mn、Ti、Ta、Au、Hf、Zr、Zn、Y、Cr、Cu、Mo、和Gd的至少一种的氧化物、氮化物、碳化物、和其衍生物的至少一种。氧化物、氮化物、碳化物、和其衍生物的至少一种可进一步包括氢(H)。
[0023]在一些实施方式中，所述基底可进一步包括掺杂剂。
[0024]在一些实施方式中，所述形成纳米晶石墨烯的方法可进一步包括在生长所述纳米晶石墨烯之前使用还原性气体预处理所述基底的表面。
[0025]在一些实施方式中，所述还原性气体可包括如下的至少一种：氢气、氨气、和其衍生物。这里，所述还原性气体可进一步包括惰性气体例如氮气。
[0026]在一些实施方式中，所述形成纳米晶石墨烯的方法可包括：在所述非催化性基底上形成第一纳米晶石墨烯，和通过控制所述反应气体的混合比率而在所述第一纳米晶石墨烯上形成第二纳米晶石墨烯。
[0027]在一些实施方式中，所述反应气体可不包括氢气或者可进一步包括氢气。
[0028]根据实施方式，纳米晶石墨烯包括以多个石墨烯片的堆叠形式的多个晶粒(多个以多个石墨烯片的堆叠形式的晶粒)。所述纳米晶石墨烯具有约500ea/μm2或更高的晶粒密度和在约0.1或更大至约1.0或更小的范围内的均方根(RMS)粗糙度。
[0029]在一些实施方式中，所述纳米晶石墨烯的厚度可为约10nm或更小，并且所述多个
晶粒的晶粒尺寸可在约0.5nm
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约50nm的范围内。
[0030]在一些实施方式中，基底上石墨烯结构体可包括基底和在所述基底上的所述纳米晶石墨烯。
[0031]在一些实施方式中，所述纳米晶石墨烯的厚度可在约
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约的范围内。
[0032]在一些实施方式中，所述基底可包括IV族材料、半导体化合物、金属、和绝缘材料的至少一种。
附图说明
[0033]由结合附图考虑的以下描述，本公开内容的一些实施方式的以上和其它方面、特征和优点将更明晰，其中：
[0034]图1显示说明根据实施方式的纳米晶石墨烯的生长的图；
[0035]图2为说明随着根据实施方式的纳米晶石墨烯的生长时间的堆叠石墨本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.纳米晶石墨烯，包括：通过堆叠多个石墨烯片而形成的多个晶粒，其中所述纳米晶石墨烯具有500ea/μm2或更高的晶粒密度和在0.1或更大至1.0或更小的范围内的均方根(RMS)粗糙度。2.如权利要求1所述的纳米晶石墨烯，其中所述纳米晶石墨烯的厚度为10nm或更小。3.如权利要求2所述的纳米晶石墨烯，其中所述纳米晶石墨烯的厚度为2nm或更小。4.如权利要求1所述的纳米晶石墨烯，其中所述多个晶粒的晶粒尺寸在0.5nm
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50nm的范围内。5.如权利要求1所述的纳米晶石墨烯，其中在所述纳米晶石墨烯的拉曼光谱中，D/G峰比率为1.0或更高，和2D/G峰比率为0.1或更高。6.如权利要求5所述的纳米晶石墨烯，其中所述纳米晶石墨烯为在非催化性基底上的基底上石墨烯。7.如权利要求6所述的纳米晶石墨烯，其中所述基底上石墨烯的厚度在的范围内，并且所述基底上石墨烯的10％或更少为具有1
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1cm2或更大的面积的非均匀性区域。8.如权利要求6所述的纳米晶石墨烯，其中所述非催化性基底为在1000℃或更低的温度下其碳原子的体溶解度为0.1或更小的材料。9.如权利要求6所述的纳米晶石墨烯，其中所述非催化性基底包括IV族材料、半导体化合物、金属、和绝缘材料的至少一种。10.如权利要求9所述的纳米晶石墨烯，其中所述IV族材料包括Si、Ge、或Sn；所述半导体化合物包括其中Si、Ge、C、Zn、Cd、Al、Ga、In、B、N、P、S、Se、As、Sb、和Te的至少两种组合的材料；所述金属包括Cu、Mo、Ni、Al、W、Ru、Co、Mn、Ti、Ta、Au、Hf、Zr、Zn、Y、Cr、和Gd的至少一种；和所述绝缘材料包括Si、Al、Hf、Zr、Zn、Ti、Ta、W、和Mn的至少一种，或所述绝缘材料包括Si、Ni、Al、W、Ru、Co、Mn、Ti、Ta、Au、Hf、Zr、Zn、Y、Cr、Cu、Mo、和Gd的至少一种的氧化物、氮化物、碳化物、或其衍生物的至少一种。11.如权利要求6所述的纳米晶石墨烯，其中所述基底上石墨烯进一步包括在所述纳米晶石墨烯上的金属层。12.如权利要求6所述的纳米晶石墨烯，其中所述纳米晶石墨烯通过使用包括碳源气体和惰性气体的反应气体的等离子体的等离子体化学气相沉积工艺在700℃或更低的温度下直接生长在所述非催化...

【专利技术属性】
技术研发人员：金尚元，卞卿溵，赵连柱，申建旭，李殷奎，李昌锡，宋伣在，申铉振，尹祯秀，李昭荣，林炫锡，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：