研究目的
开发一种强制对流等离子体增强化学气相沉积（FC-PECVD）方法，用于低温合成高质量、缺陷少且具有自限生长特性的石墨烯薄膜，以克服传统PECVD在工业应用中的局限性。
研究成果
FC-PECVD方法可在低温（<400°C）条件下于铜箔上实现高质量单层石墨烯的自限生长，且缺陷极少。自由基的强制对流实现了可控传输，减少了离子轰击和缺陷产生。该方法具备大面积生长的可扩展性，在工业应用方面展现出前景，不过转移工艺和性能优化仍需进一步改进才能达到热CVD的水平。
研究不足
单层石墨烯中层间键合力较弱，导致其在转移过程中易碎裂，限制了实际操作应用。虽然其方阻和光学性能有所改善，但仍不及高温热化学气相沉积法生长的石墨烯。晶畴尺寸分布范围较广，这可能源于铜箔表面状态而非等离子体均匀性。
1：实验设计与方法选择：
FC-PECVD方法采用中等气压（1-10托）下的吹扫式微波激发等离子体源，通过强制对流控制自由基分布。使用特制的微带线等离子体源产生线性等离子体。
2：样品选择与数据来源：
以多晶铜箔（RCF-33，福田金属箔粉工业株式会社）为基底。反应气体包括含或不含H2的CH4/Ar混合气。
3：实验设备与材料清单：
设备包括真空腔室、微波电源（2.45 GHz）、光学发射光谱仪（HR4000CG，海洋光学公司）、数字显微镜（VHX-700FE，基恩士公司）、扫描电镜（JEOL JSM-6301F）、拉曼显微镜（inVia Reflex，雷尼绍公司）、透射电镜（FEI Tecnai Osiris）、紫外-可见-近红外分光光度计（UV-3100PC，岛津公司）、电阻率测试仪（MCP-T600，三菱化学公司）、K型热电偶及COMSOL Multiphysics仿真软件。材料包括铜箔、CH4、Ar、H2气体。
4：45 GHz）、光学发射光谱仪（HR4000CG，海洋光学公司）、数字显微镜（VHX-700FE，基恩士公司）、扫描电镜（JEOL JSM-6301F）、拉曼显微镜（inVia Reflex，雷尼绍公司）、透射电镜（FEI Tecnai Osiris）、紫外-可见-近红外分光光度计（UV-3100PC，岛津公司）、电阻率测试仪（MCP-T600，三菱化学公司）、K型热电偶及COMSOL Multiphysics仿真软件。材料包括铜箔、CHAr、H2气体。 实验流程与操作步骤：
4. 实验流程与操作步骤：铜箔经3托H2等离子体处理10分钟清洁表面。随后通过等离子体源喷嘴通入反应气体，在低于400°C条件下施加100 W微波功率生长石墨烯，生长时间为3至20分钟。生长后通过SEM、拉曼光谱、TEM、光学透过率和方阻测量表征石墨烯薄膜。
5：数据分析方法：
通过拉曼光谱的D峰、G峰和2D峰分析缺陷密度与层数。测量光学透过率和方阻评估薄膜质量。利用COMSOL进行气体流动模拟以理解强制对流机制。
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获取完整内容-
Scanning Electron Microscope
JSM-6301F
JEOL
Obtain SEM images to observe graphene film morphology and domain sizes.
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Transmission Electron Microscope
Tecnai Osiris
FEI
Capture cross-sectional TEM images to confirm monolayer graphene growth.
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UV-VIS-NIR Spectrophotometer
UV-3100PC
Shimadzu Co., Ltd.
Measure optical transmittance of graphene films transferred to glass slides.
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Software
COMSOL Multiphysics
COMSOL
Simulate gas flow distributions in the FC-PECVD reactor.
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Optical Emission Spectrometer
HR4000CG
Ocean Photonics Inc.
Measure optical emission spectra of the plasma to identify radical species.
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Digital Microscope
VHX-700FE
KEYENCE Co.
Capture images of the Cu substrate surface after graphene growth.
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Raman Microscope
inVia Reflex
Renishaw Co.
Perform Raman spectroscopy to analyze graphene film quality, including D, G, and 2D bands.
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Resistivity Meter
MCP-T600
Mitsubishi Chemical Co., Ltd.
Measure sheet resistance of graphene films.
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Thermocouple
K-type
Measure substrate temperature during plasma treatment and graphene growth.
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Copper Foil
RCF-33
Fukuda Metal Foil & Powder Co., Ltd.
Serve as the substrate for graphene growth.
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