面向集成电路的大尺寸单晶石墨烯的可控制备方法

王志阳

（辽宁城市建设职业技术学院，辽宁 沈阳 110000）

面向集成电路的大尺寸单晶石墨烯的可控制备方法

王志阳

（辽宁城市建设职业技术学院，辽宁 沈阳 110000）

近些年来，由于人们生活水平在不断提高，电子产品已经被人们广泛应用到实际生活中。在集成电路中，大尺寸单晶石墨烯的制备具有至关重要的作用。因此，本文主要研究集成电路中大尺寸单晶石墨烯的可控制备方法。

集成电路；大尺寸单晶石墨烯；制备方法

由于大尺寸单晶石墨烯具有稳定性与安全性较高等特点，人们将其安装在集成电路中，能够保证电力资源得到更好的利用，提高电路的运行效率。但是，在制备大尺寸单晶石墨烯时，存在很大难度，在一定程度上影响了电力企业的发展。基于此，本文主要分析集成电路的大尺寸单晶石墨烯的可控制备方法，从而保证单晶石墨烯能够得到更好的利用，促进电力企业快速发展。

1 石墨烯的概念

石墨烯属于二维晶体，由于其内部的电子与质子运动速度较快，具有很高的稳定性，在普通导体中，其内部的质子与电子运动速率远远低于石墨烯内部的质子运动速率。石墨烯中的电子也常常被人们称为“荷子”，石墨主要由大量的石墨分子组成，由于分子之间的吸引力较小，经常分离成单层石墨，这些仅具有一个分子的石墨层就是石墨烯。根据大量的研究数据表明，由于石墨烯的稳定性较强，细菌很难在其表面生长，因此，利用石墨烯的这种特性，可以用来制作环保包装，减少细菌对系统的影响。

2 大尺寸单晶石墨烯的制备原理与相关实验

大尺寸单晶石墨烯的制备方法主要包括机械制备法、SIC外部延长生产法、化学控制沉积法等。采用机械制备法，虽然能够提高石墨烯的反应速率，但是其生产成本过高，会降低企业的经济效益。当工作人员采用SIC外部延长生产法制备大尺寸石墨烯时，石墨烯的生产成本较高，不利于企业的稳定发展，因此，为了不断提高企业的经济效益，企业中的工作人员在实际工作中，要严格控制石墨烯的反应温度，从而降低大尺寸单晶石墨烯的生产成本。采用CVD法制备大尺寸单晶石墨烯，能够帮助工作人员更好的控制石墨烯反应时间，保证其生产质量。同时，CVD法制备的石墨烯稳定性较高，生产成本较低，已经被人们广泛应用到大尺寸单晶石墨烯的生产当中。

利用CVD法制备大尺寸单晶石墨烯，在高温状态下，利用甲烷作为生产原料，氢气作为保护气体。石墨烯的生产装置主要包括石墨反应室与气体加热设备、气体统计系统、真空反应系统与冷却反应设备等。在实验过程中，工作人员需要对生产设备进行预热，预热温度一般控制在1077摄氏度左右，预热一段时间之后，可以将甲烷气体投放到反应室中，反应时间大约在40分钟左右，在这个时间段内，需要保证反应温度，让甲烷的反应速率加快。同时，在反应的过程中，可以在反应室中加入适量的氢气，减少安全事故的发生。

3 面向集成电路的大尺寸单晶石墨烯制备方法分析

3.1 四边形石墨烯制备方法与分析

四边形石墨烯的生产温度较高，一般维持在1000摄氏度左右，当反应温度高，不但会保证石墨烯的生产质量，还能够让甲烷等原料得到更好的利用。如果反应温度过低，石墨烯表面的吸附能力会明显下降，影响四边形石墨烯的生产质量。因此，四边形石墨烯生产人员在实际工作中，需要严格控制反应温度，提高石墨烯的反应速度，保证四边形石墨烯的生产质量。

四边形单晶石墨烯主要分为两种类型，一种是有棱角的四边形，另一种是没有稳定状态的四边形石墨烯，由于生长温度，产生的石墨烯形态也不同。同时，由于四边形石墨烯没有固定形状，常常出现较长的生长结构，具体形态见图1。在四边形石墨烯中，晶体之间存在一定的界限，每个四边形石墨烯中的晶体导向存在很多差异，当晶体之间的距离较大时，石墨烯会出现生长缓慢现象。可以在石墨烯中添加催化剂，提高石墨烯的反应速率。另外，如果石墨烯的反应温度不稳定，不但会影响其生长速率，还会降低反应速度。

图1 长形石墨烯形状

3.2 六边形石墨烯的制备方法与分析

四边形石墨烯在生长的过程中，如果反应温度过高，很容易形成六边形石墨烯，根据实验数据显示，当反应温度由1000摄氏度升到1077摄氏度时，反应室表面的铜箔会出现液态。在石墨烯生长的过程中，石墨表面的碳与晶体结构会快速分离，并由四边形石墨烯变成六边形石墨烯。1077摄氏度下的单晶石墨烯见图2。六边形石墨烯与四边形石墨烯有很多相同点，由于铜箔表面出现液态，石墨中的晶体会逐渐变形，并且反应速度很快。同时，在反应的过程中，由于加入大量的保护气，对石墨烯的变形也产生一定的影响，不但能够加快反应速度，还会保证六边形石墨烯的生产质量。

图2 1077摄氏度下的六边形石墨烯形态

石墨烯在反应的过程中，会产生大量的石墨原子，这些原子会影响反应速率，因此，为了保证六边形石墨烯的生产质量与反应速率，为了保证石墨烯生长成正六边形，可以在反应室内添加适量稳定剂，并严格控制反应温度，保证石墨烯生长成标准的六边形石墨烯。石墨烯在生长的过程中，反应室中的铜箔也会发生反应，随着反应的进行，铜箔厚度逐渐下降。因此，为了保证反应速度，需要定期更换反应室中的铜箔。

3.3 大尺寸单晶石墨烯的重叠

当大尺寸单晶石墨烯出现重叠时，说明反应室的温度过高，或者是石墨烯中的晶体含量过高，影响反应的正常进行。在石墨烯生长的过程中，一旦两个石墨烯晶体出现重叠，会产生阻止反应的晶体。同时，随着温度的不断升高，会影响晶体对石墨烯的正常生长，影响大尺寸单晶石墨烯的稳定生长。由于重叠的石墨烯主要生长在铜箔上，因此，需要定期对铜箔进行清理，提高铜箔的限制性，从而减少大尺寸单晶石墨烯重叠现象的产生。

除此之外，通过不断向反应室内添加甲烷与保护气体，保证大尺寸单晶石墨烯能够正常生长。在单晶石墨烯生长的过程中，还要严格控制生长温度，如果温度过高，大尺寸单晶石墨烯生长速度较快，使得反应室中的石墨烯出现重叠。如果生长温度过低，会影响碳原子的生长，降低其生长效率。同时，要保证大尺寸单晶石墨烯的生长空间，尽可能提供一些大的生长空间，保证其生长质量，工作人员还要严格控制甲烷与氢气的比例，并严格控制反应室中的气流比，从根本上保证大尺寸单晶石墨烯的生长质量。

4 结语

综上所述，在不同的温度下，大尺寸单晶石墨烯的形态与稳定性有所不同，工作人员需要根据石墨烯的实际情况，合理控制反应温度，保证石墨烯的生产质量。但是，相关工作人员在实际工作中，仍然会遇到很多问题，因此，为了提高大尺寸单晶石墨烯的生产质量，工作人员需要不断学习国内外先进的石墨烯制备知识，提高自身的专业技能。

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