【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及石墨烯薄膜生长制备领域，尤其涉及一种铜基多层石墨烯及其制备方法。
技术介绍
1、石墨烯是中每个碳原子均为sp2杂化，相邻的三个碳原子以共价σ键结合，且互成120°，从而构成独特的正六边形结构。这些这些正六边形结构排列成蜂窝状的单层二维平面晶体，构成独特的二维材料。其中未参与杂化的p轨道上的电子构成大π键，π电子可以在晶体中自由移动，为石墨烯带来独特的电学性能。
2、室温下石墨烯的载流子迁移速率高达2.0×105cm2v-1s-1，与之相比传统的半导体硅材料的迁移率仅为1.0×103cm2v-1s-1。石墨烯还可以维持高电流密度，大约是铜的100万倍，且电阻率比铜更低，只有10-6ωcm-1。这使得石墨烯在能源、电子、信息和材料等领域具有广阔的应用前景。
3、目前高质量石墨烯薄膜主要是通过化学气相沉积法(cvd技术)在铜基底上制备。具体机理如下：高温下，甲烷(或其他碳源)在铜基底的催化作用下在底表面裂解生成碳原子，裂解生成的碳原子在铜基底表面重组形成石墨烯膜。由于石墨烯膜的形成需要裸漏的铜基底催化甲烷裂解提供碳源，当铜基底被石墨烯覆盖后，其催化分解形成甲烷的能力减弱，当铜基底的表面被石墨烯完全覆盖时，它就无法继续催化甲烷裂解，使得在铜基底上形成的石墨烯膜以单层为主，这一机制也被成为铜基底的表面自限制生长过程。
4、中国专利申请公布号cn116397211a，公开了一种基于化学气相沉积法制备多层石墨烯的方法，中国专利申请公布号cn108706574a，公开了一种生长铜基多层石墨烯的方
技术实现思路
1、针对现有技术存在问题中的一个或多个，本专利技术第一方面提供了一种铜基多层石墨烯的制备方法，包括以下步骤：
2、在铜基底表面生长首层石墨烯；
3、通过控制温度使所述铜基底表面产生形变，从而使所述首层石墨烯与所述铜基底产生局部分离，且使所述首层石墨烯产生裂隙，裸露出部分所述铜基底；
4、在所述铜基底的催化作用下，碳源气体在所述铜基底表面形成碳原子，并在裂隙处重新堆叠生长形成多层石墨烯，且沿裂隙扩散生长多层石墨烯，最终与所述首层石墨烯共同在铜基底表面形成完整的多层石墨烯。
5、根据本专利技术的一个方面，在cvd生长系统中采用化学气相沉积法进行所述多层石墨烯的生长，包括：
6、在cvd生长系统中通入碳源气体和还原性气体，进行石墨烯的成核；和
7、调整通入所述碳源气体与所述还原性气体的比例和流量，在铜基底表面生长多层石墨烯。
8、优选地，调整前所述碳源气体和所述还原性气体的比例为1:20～1：80；和/或
9、调整后所述碳源气体和所述还原性气体的比例为1：2～1:8。
10、优选地，调整前所述碳源气体流量控制在10～20sccm，调整前所述还原性气体流量控制在400～800sccm；和/或
11、调整后的所述碳源气体流量为100～200sccm，调整后的所述还原性气体的流量为400～1600sccm。
12、优选地，成核时间≥10min。
13、优选地，成核温度≥900℃。
14、优选地，生长阶段的温度为980℃～1080℃。
15、优选地，生长时间≥1h。
16、根据本专利技术的一个方面，所述首层石墨烯生长完成后，环境温度为980℃～1080℃，采用氮气进行冷却降温，所述氮气流量≥2000sccm，所述冷却降温过程时间≤4h，冷却降温至温度为300～400℃。
17、根据本专利技术的一个方面，冷却降温结束后升高温度至980℃～1080℃，升温过程中采用还原性气体使所述首层石墨烯进一步得到破坏；
18、优选地，所述还原性气体的流量为200sccm～400sccm。
19、根据本专利技术的一个方面，所述铜基底在生长所述首层石墨烯前先进行退火处理；
20、所述退火处理步骤为：将所述铜基底挂装于石墨支架，而后放置于cvd生长系统中，抽真空后，升温至980℃～1080℃，通入所述还原性气体，所述还原性气体流量为800sccm，退火时间≥300min；
21、优选地，所述铜基底为无氧压延铜箔；
22、优选地，所述碳源气体具体为甲烷、乙烷、苯中的一种或组合。
23、根据本专利技术的一个方面，所述还原性气体具体为氢气。
24、本专利技术第二方面提供了一种铜基多层石墨烯，由上述铜基多层石墨烯的制备方法所制备。
25、与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：
26、本专利技术基于铜箔基底的化学气相沉积工艺，在一次生长结束后通过快速降温、还原性气氛刻蚀等方式，利用铜箔自身的重结晶时晶粒之间的扩张和收缩的不均匀产生细小的凸起或凹槽等表面形变，对表面的首层石墨烯进行破坏，产生一些裸漏的铜箔基底，从而使铜箔基底在后续的二次生长起到了催化碳源气体裂解的作用，最终得到的连续、高质量、高覆盖率的多层石墨烯。这一专利技术在无需外包金属箔以提高对含碳气体的催化分解效率的情况下，突破了铜箔的自限制生长机理，实现了在铜箔表面可控的制备多层石墨烯。
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1.一种铜基多层石墨烯的制备方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的铜基多层石墨烯的制备方法，其特征在于，在CVD生长系统中采用化学气相沉积法进行所述多层石墨烯的生长，包括：
3.根据权利要求2所述的铜基多层石墨烯的制备方法，其特征在于，调整前所述碳源气体和所述还原性气体的比例为1:20～1：80；和/或
4.根据权利要求2所述的铜基多层石墨烯的制备方法，其特征在于，调整前所述碳源气体流量控制在10～20SCCM，调整前所述还原性气体流量控制在400～800SCCM；和/或
5.根据权利要求2所述的铜基多层石墨烯的制备方法，其特征在于，所述石墨烯的成核时间≥10min；
6.根据权利要求1所述的铜基多层石墨烯的制备方法，其特征在于，所述控制温度包括：
7.根据权利要求6所述的铜基多层石墨烯的制备方法，其特征在于，
8.根据权利要求1所述的铜基多层石墨烯的制备方法，其特征在于，所述铜基底在生长所述首层石墨烯前先进行退火处理；
9.根据权利要求2、3、4、5、7或8任一项所述的铜
10.一种铜基多层石墨烯，其特征在于，由权利要求1-9任一项所述铜基多层石墨烯的制备方法所制备。
...【技术特征摘要】
1.一种铜基多层石墨烯的制备方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的铜基多层石墨烯的制备方法，其特征在于，在cvd生长系统中采用化学气相沉积法进行所述多层石墨烯的生长，包括：
3.根据权利要求2所述的铜基多层石墨烯的制备方法，其特征在于，调整前所述碳源气体和所述还原性气体的比例为1:20～1：80；和/或
4.根据权利要求2所述的铜基多层石墨烯的制备方法，其特征在于，调整前所述碳源气体流量控制在10～20sccm，调整前所述还原性气体流量控制在400～800sccm；和/或
5.根据权利要求2所述的铜基多层石墨烯的制备方...
【专利技术属性】
技术研发人员：李鑫，黄莹俊，谭化兵，瞿研，郭冰，
申请(专利权)人：常州第六元素半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：
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