Role of intrinsic carbon in copper and its hydrogen-assisted depletion during growth of graphene by chemical vapor deposition

Kimyasal buhar biriktirme (KBB) yöntemi ile grafen büyütülmesi çok boyutlu bir süreçtir. Bu nedenle tekrarlanabilir ve en uygun büyütme reçetesinin elde edilebilmesi için süreçte rol alan parametrelerin kapsamlı olarak anlaşılması önemlidir. Bu çalışmada, bakır bünyesinde bulunan içsel karbonun grafen çekirdeklenmesindeki rolü keşfedilmiş ve KBB ile Cu üzerinde grafen büyütmenin sadece yüzeyde gerçekleşen bir süreç olmadığı açıkça ortaya konulmuştur. Bakırın hidrojen atmosferi altında tavlanmasının, hidrojen destekli karbon tüketimi etkisiyle karbonun Cu içerisinden yüzeye difüzyonuna yol açtığını ve bunun grafen kristallerinin çekirdeklenmesi için kritik bir mekanizma olduğunu ortaya koymuş bulunuyoruz. Buna ek olarak, tavlama sırasında karbonun Cu yüzeyine difüzyonunda hidrojenin rolünü de araştırdık. Bu etkileşimin doğrusal bir bir mekanizma olmadığı, ama yoğunluğuna bağlı olarak hidrojenin, karbon atomlarının içeriden yüzeyde birikmesini arttırdığı ya da baskıladığını gösterdik. Bundan yola çıkarak hidrojen altında tavlama esnasında, karbon kaynağı olmaksızın Cu folyö üzerinde grafitsel film büyütmeyi gerçekleştirdik ve daha önemlisi grafen kristallerinin kendiliğinden çekirdeklenmesini gösterdik. Bilgimiz dahilinde, bu tür bir büyütme ilk kez bu çalışmada gösterilmiştir. Bu bulgu, içsel karbonun KBB süreci sırasında grafen çekirdeklenme mekanizmasındaki rolünün aydınlatılmasını sağlayabilir. Ayrıca, bakırdaki içsel karbonun, büyütülmüş grafen katmanlarının altındaki ek katmanların oluşumunu etkileyebileceğini de gösterdik.