31960

رشد و مشخصه‌يابي گرافن بر روي بسترهاي عايق به كمك انباشت بخار شيميايي

كارشناسي ارشد

فيزيك ماده چگال

1400

1403/8/30

دكتر آسيه السادات كاظمي شيخ شباني و دكتر محمدجواد اشراقي

ندارم

فيزيك

گرافن، به خاطر داشتن خواص فوق‌العاده در رسانندگي‌هاي الكتريكي و گرمايي، خواص نوري خوب و پايداري شيميايي بالا جهت استفاده در طيف وسيعي از كاربردها مورد توجه قرار گرفته است. عليرغم همه پيشرفت‌هاي اخير در حوزه مواد دو بعدي، امكان استفاده مستقيم گرافن با سطح وسيع و ضخامت كنترل شده بر روي بسترهاي عايق و حتي نيم‌رسانا در قطعات نوين الكترونيكي با حذف فرايندهاي انتقال مرطوب با پليمرهاي واسط، همچنان با چالش‌هاي مهمي مواجه است. هرچند رشد گرافن با سطح وسيع و ضخامت كنترل شده بر روي بسترهاي فلزي، پيشرفت‌هاي خيره‌كننده‌اي داشته اما رشد موفقيت آميز و تكرار پذير اين ماده بر روي بسترهاي عايق و نيم‌رسانا كماكان در كانون توجه محققان است. در اين پژوهش، گرافن بر روي بسترهاي مختلف عايق و نيم‌رسانا با كمك انباشت بخار شيميايي با تغييرات دما (℃ 750-950) و زمان حضور گاز متان (15، 35 و 60 دقيقه)، در سطح وسيع رشد كرده و ويژگي‌هاي ساختاري، نقص‌هاي شبكه‌اي، ضخامت و يكنواختي لايه‌ها با طيف‌سنجي رامان، طيف‌سنجي انرژي پراش پرتو ايكس و تصويربرداري با ميكروسكوپ الكتروني روبشي مورد بررسي قرار گرفته است. نتايج حاكي از تشكيل ورقه‌هاي بعضا تك‌لايه و عمدتا چندلايه گسترده از گرافن بر روي سيليكون تك‌كريستال و سيليكون نيتريد است كه در دماي ℃ 950، درصد وزني كربن به حداكثر مقدار و نقص‌ها و عيوب شبكه به حداقل مقدار رسيده، كيفيت و يكنواختي لايه‌هاي گرافن نسبت به دماهاي پايين‌تر بهبود يافته است. همچنين مشخص شده كه زمان بهينه براي حضور گاز متان 60 دقيقه است. نتايج اين پژوهش، در راستاي توليد قطعات الكترونيكي و اپتوالكترونيكي مبتني بر گرافن از روش‌هاي پايين به بالاي عاري از آلودگي اميدبخش خواهد بود.

1403/11/07

Growth And Characterization of Graphene on Insulating Substrates via Chemical Vapour Deposition

11/20/2025 12:00:00 AM

Graphene has become attractive for use in a wide range of applications due to its extraordinary properties in electric and thermal conductivity, good optical and high chemical stabilities. Regardless of the advancements in 2D materials, there are still important challenges with direct exploitation of large area graphene with controlled thickness on insulating or even semiconducting substrates in novel electronic devices. Although there have been huge achievements in the controlled growth of large area graphene on metals, researchers are still trying to gain similar success on semiconductor and insulating substrates. Here, large area graphene has been grown on various insulating and semiconducting substrates via chemical vapour deposition at different growth temperature (750-950 ℃) and methane presence time (15, 35 and 50 min) while strucutural properties, lattice defects, layer thickness and uniformity have been investigated with Raman spectroscopy, scanning electron microscopy and energy dispersive X-ray spectroscopty. Results demonstrate the formation of large area single and few layer graphene on single crystal Si and SiN. At 950 ℃, weight % of carbon reaches its highest value while defects are almost eliminated, and quality and uniformity of the sheets have been improved with respect to lower growth temperatures. It is also revealed that the optimum methane presence in 60 min. The results of this research provide prospect for clean bottom-up fabrication of electronic and optoelectronic graphene-based devices.

گرافن , انباشت بخار شيميايي , سيليكون , سيليكون نيتريد , نقص‌ شبكه

Graphene , chemical vapour deposition , Si , SiN , lattice defects

Seyed Mohamad Mousavi Saharforouzani

Dr. Asieh Sadat Kazemi Sheikh Shabani & Dr. Mohamad Javad Eshraghi