ES2615730T3 - Laminado de película de carbono - Google Patents

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Abstract

Laminado de película de carbono, que comprende: un sustrato monocristalino, una película delgada monocristalina de cobre (111) formada por crecimiento epitaxial sobre el sustrato monocristalino, y grafeno formado sobre la película delgada monocristalina de cobre (111), en el que el sustrato monocristalino es un sustrato monocristalino de zafiro (0001) que tiene una superficie del sustrato compuesta de superficies en terrazas planas a nivel atómico y de escalones de capa atómica.

Description

DESCRIPCION
Laminado de pelmula de carbono Campo tecnico
La presente invencion se refiere a un laminado de pelmula de carbono de gran superficie para su uso en dispositivos 5 electronicos, pelmulas conductoras transparentes y similares.
Antecedentes de la invencion
Se preve utilizar grafeno, en forma de una pelmula de carbono de una sola capa plana compuesta de atomos de carbono hibridados en sp2, como un material de base tal como un dispositivo electronico de rendimiento ultraalto y una pelmula delgada conductora transparente debido a su conductividad electrica y transmitancia optica 10 particularmente elevadas. Hasta ahora, se han desarrollado metodos para la formacion de grafeno, tales como un metodo para laminar grafito natural, un metodo para eliminar silicio mediante un tratamiento termico a alta temperatura de carburo de silicio, un metodo para formar grafeno sobre diversas superficies metalicas y similares.
En particular, se ha desarrollado recientemente un metodo para formar una o varias capas de grafeno sobre una superficie de una lamina de cobre mediante un metodo de deposicion qmmica por vapor (CVD) (Literatura no 15 patente 1 y 2). La tecnica de depositar grafeno utilizando una lamina de cobre como material de base se realiza mediante una tecnica CVD termica. En esta tecnica, un gas metano tal como un gas de materia prima se descompone termicamente a aproximadamente 1.000 °C para formar de una a varias capas de grafeno sobre la superficie de la lamina de cobre.
La tecnica que utiliza la lamina de cobre como material de base permite la smtesis de grafeno con caractensticas 20 satisfactorias de utilizacion de una superficie de cobre, en comparacion con una tecnica convencional que utiliza otros metales tales como mquel. Por el contrario, el grafeno obtenido por el metodo de smtesis que utiliza la lamina de cobre como material de base tiene un tamano de cristal de varias decenas de pm a lo sumo en este momento. Para usar el grafeno como material en un dispositivo electronico de alto rendimiento o similar, existe la necesidad de que el grafeno tenga un tamano de cristal lo mas grande posible y, por tanto, el problema es aumentar el tamano de 25 cristal.
Lista de citas
Literatura no patente
Literatura no patente 1
Xuesong Li, Weiwei Cai, Jinho An, Seyoung Kim, Junghyo Nah, Dongxing Yang, Richard Piner, Aruna Velamakanni, 30 Inhwa Jung, Emanuel Tutuc, Sanjay K. Banerjee, Luigi Colombo, Rodney S. Ruoff, Science, Vol. 324, 2009, pags. 1312 -1314.
Literatura no patente 2
Xuesong Li, Yanwu Zhu, Weiwei Cai, Mark Borysiak, Boyang Han, David Chen, Richard D. Piner, Luigi Colombo, Rodney S. Ruoff, Nano Letters, Vol. 9, 2009, pags. 4359-4363.
35 Breve descripcion de la invencion
Problema tecnico
La presente invencion se ha hecho en vista de las circunstancias anteriores y un objeto de la misma es resolver un problema tal como un tamano de cristal pequeno, que es el problema de un metodo convencional para la formacion de una pelmula de grafeno mediante una tecnica CVD termica usando una lamina de cobre como sustrato, y 40 proporcionando asf un laminado de pelmula de carbono en el que se forma grafeno que tiene un tamano de cristal mas grande.
Solucion al problema
Los presentes inventores han estudiado intensamente para conseguir el objeto anterior y encontraron un nuevo metodo para obtener un laminado de pelmula de carbono en el que se forma grafeno que tiene un tamano de cristal 45 grande, con lo cual es posible formar grafeno con una superficie notablemente mayor si se compara con una tecnica convencional, y por tanto puede resolver el problema anterior de la tecnica convencional.
La presente invencion se ha conseguido en base a estos hallazgos e incluye lo siguiente.
5
10
15
20
25
30
35
40
45
[1] Un laminado de pelfcula de carbono que incluye un sustrato monocristalino, una peKcula delgada monocristalina de cobre (111) formada por crecimiento epitaxial sobre el sustrato y grafeno depositado sobre la pelfcula delgada monocristalina de cobre (111).
[2] El laminado de pelfcula de carbono de acuerdo con [1], en el que el sustrato monocristal es un sustrato monocristalino de zafiro (0001) o de diamante (111).
[3] El laminado de pelfcula de carbono de acuerdo con [1], en el que el sustrato monocristalino es un sustrato monocristalino de zafiro (0001) que tiene una superficie compuesta de superficies en terrazas plana a nivel atomico y de escalones de capa atomica.
Efectos ventajosos de la invencion
De acuerdo con el laminado de pelfcula de carbono de la presente invencion en el que se deposita grafeno sobre una pelfcula delgada monocristalina de cobre (111) formada por crecimiento epitaxial sobre un sustrato monocristalino, es posible formar grafeno con un tamano de cristal notablemente mayor (clase de 10 mm) si se compara con uno convencional, facilitando asf la produccion de dispositivos electronicos de rendimiento ultraalto tales como un transistor de grafeno que hasta ahora se ha desarrollado utilizando grafeno con un tamano de cristal de varias decenas de pm. Tambien es posible integrar el dispositivo de rendimiento ultraalto, y por tanto puede producirse un transistor de grafeno que tenga varias prestaciones.
Breve descripcion de los dibujos
La figura 1 es una imagen microscopica de fuerza atomica de un sustrato monocristalino de zafiro (0001) que tiene una superficie compuesta de una superficie en terrazas que es plana a nivel atomico y de escalones de capa atomica.
La figura 2-1 es un diagrama esquematico en seccion transversal de una superficie de cristal normal que tiene poca planitud.
La figura 2-2 es un diagrama esquematico en seccion transversal de una superficie de cristal compuesta de una superficie en terrazas que es plana a nivel atomico y de escalones de capa atomica.
La figura 2-3 es un diagrama esquematico de una superficie de cristal compuesta de una superficie en terrazas que es plana a nivel atomico y de escalones de capa atomica, como se ve anteriormente.
La figura 3 es un diagrama esquematico que ilustra una estructura estratificada de un laminado de pelfcula de carbono que incluye un sustrato monocristalino de zafiro (0001), una pelfcula delgada monocristalina de cobre (111) formada por crecimiento epitaxial sobre el sustrato y grafeno depositado sobre la pelfcula delgada monocristalina de cobre (111) de la presente invencion.
La figura 4 es un espectro de difraccion de rayos X de una pelfcula delgada monocristalina de cobre (111) formada por crecimiento epitaxial sobre un sustrato monocristalino de zafiro (0001) (medida 20 / 0).
La figura 5 es un espectro de dispersion Raman de grafeno formado utilizando, como material de base, una pelfcula delgada monocristalina de cobre (111) formada por crecimiento epitaxial sobre un sustrato monocristalino de zafiro
(0001).
La figura 6 es un diagrama que ilustra la posicion en la que se realizo la medicion de mapeo Raman en un area con forma cuadrada, cuyo lado es de 20 pm.
La figura 7 es un diagrama que ilustra los resultados de la medicion de mapeo Raman realizada en un area con forma cuadrada, cuyo lado es de 150 pm, en el que una zona blanca indica una zona que satisface I (2D) / I (G) > 2 y una zona negra indica una zona que satisface I (2D) / I (G) <2 o una zona donde se observo una banda D.
La figura 8 es un diagrama que ilustra los resultados de la medicion de mapeo Raman realizada en un area con forma cuadrada, cuyo lado es de 10 mm, en el que una zona blanca indica una zona que satisface I (2D) / I (G) > 2 y una zona negra indica una zona que satisface I (2D) / I (G) <2 o una zona donde se observo una banda D.
Lista de senales de referencia
10 Laminado de pelfcula de carbono
12 Sustrato monocristalino de zafiro (0001)
14 Pelfcula delgada monocristalina de cobre (111)
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
16 Grafeno
Descripcion de realizaciones
El grafeno es una peKcula de carbono de una sola capa plana compuesta de atomos de carbono hibridados en sp2. (El grafeno se describe en detalle en la bibliograffa no patente 1). Un laminado de peKcula de carbono de la presente invencion en el que se deposita grafeno que tiene un tamano de cristal grande se proporciona principalmente en base al empleo de condiciones de produccion espedficas. En el laminado de pelfcula de carbono en el que se forma grafeno que tiene un tamano de cristal grande, se utiliza una pelfcula delgada monocristalina de cobre (111) formada por crecimiento epitaxial sobre un sustrato monocristalino de zafiro (0001) como material de base para la smtesis de grafeno. Tambien es deseable seleccionar la concentracion y la fraccion molar de los gases crudos, el tiempo de reaccion y similares como las condiciones de produccion mediante un metodo CVD termico.
Antes de describir la presente invencion, se llevo a cabo la formacion de una pelfcula de grafeno a traves de CVD termico mediante los metodos descritos en las literaturas no patentes 1 y 2 utilizando una lamina de cobre como
material de base. Dado que la lamina de cobre es un policristal, su superficie se divide en zonas que tienen cada
una, una direccion de plano diferente. Por tanto, se realizo la medicion de espectrometna Raman para determinar como el grafeno asf formado se distribuye sobre una superficie de una pelfcula delgada de cobre. Ademas, la
distribucion cristalografica en las direcciones de plano de la superficie de la lamina de cobre se determino mediante
un patron de difraccion de retrodispersion de electrones (EBPS). Como es evidente a partir de las mediciones, se forma una pelfcula de grafeno en las zonas del plano de Cu (111) y del plano de Cu (100) sobre una superficie de la lamina de cobre, y preferiblemente en la zona del plano de Cu (111). Por otro lado, es evidente que apenas se formo una pelfcula de grafeno en la zona del plano de Cu (101) de la superficie de la lamina de cobre. Por tanto, se encontro en la presente invencion que una pelfcula de grafeno se forma preferiblemente en el plano de cobre cristalografico (111).
Como es evidente a partir de los resultados anteriores, la superficie de cobre que tiene la zona del plano de Cu (111) se usa como material de base para la formacion de una peifcula de grafeno que tiene un tamano de cristal grande. De acuerdo con esto, el cobre monocristalino que tiene un plano cristalografico (111) se utiliza de preferencia para la formacion de una pelfcula de grafeno que tenga una superficie grande.
Es tecnicamente posible preparar una masa de cobre monocristalino que tenga un plano cristalografico (111) sobre la superficie. Sin embargo, la masa de cobre monocristalino es costosa y no es adecuada o es poco apropiada para uso industrial. Con el fin de preparar el cobre monocristalino con un plano cristalografico (111) sobre la superficie, es mas preferible desde el punto de vista industrial que una pelfcula delgada monocristalina de Cu (111) sea formada mediante crecimiento epitaxial sobre un sustrato monocristalino. De este modo, se obtiene grafeno con un tamano de cristal grande produciendo un laminado de pelfcula de carbono que incluye un sustrato monocristalino, una pelfcula delgada monocristalina de cobre (111) formada mediante crecimiento epitaxial sobre el sustrato y grafeno depositado sobre la pelfcula delgada monocristalina de cobre (111).
En vista de los hallazgos y consideraciones anteriores, una pelfcula delgada de cobre monocristalino que tiene un plano cristalografico (111) en su superficie (denominada en lo sucesivo "pelfcula delgada monocristalina de Cu (111)") se preparo para formar una pelfcula de grafeno con un tamano de cristal grande. Los presentes inventores han encontrado que una pelfcula delgada monocristalina de Cu (111) se forma por crecimiento epitaxial sobre un sustrato monocristalino mediante un metodo de pulverizacion de magnetron, mediante pruebas de crecimiento monocristalino de cobre sobre diversos sustratos. Ademas, se obtiene grafeno con un tamano de cristal grande mediante la produccion de un laminado de pelfcula de carbono, que incluye una pelfcula delgada monocristalina de Cu (111) formada por crecimiento epitaxial sobre un sustrato monocristalino de zafiro (0001) y grafeno depositado sobre la pelfcula delgada monocristalina de Cu (111).
Como se ha mencionado anteriormente, en la presente invencion se encontro que se usa preferiblemente una pelfcula delgada monocristalina de Cu (111) para formar una pelfcula de grafeno con un tamano de cristal grande. Dado que el grafeno es un cristal bidimensional compuesto de una sola capa de atomos de carbono, se considera que su tamano de cristal esta muy influenciado por la planicidad de una superficie de una pelfcula delgada monocristalina de Cu (111). Por tanto, en la presente invencion, se intento utilizar un sustrato monocristalino de zafiro (0001) que tiene una superficie compuesta de superficies en terrazas que son planas a nivel atomico y de escalones de capa atomica, como sustrato para el crecimiento epitaxial de una pelfcula delgada monocristalina de Cu (111). La figura 1 es una imagen microscopica de fuerza atomica (en un area con forma cuadrada cuyo lado es de 2 pm) de la superficie de un sustrato monocristalino de zafiro (0001). Como se muestra en el dibujo, existe un contraste de patron de bandas y esta compuesto de superficies en terrazas que son planas a nivel atomico y de escalones de capa atomica, y el contraste de patron de bandas es unico para una superficie monocristalina muy plana. En la presente invencion, como sustrato para crecimiento epitaxial de una pelfcula delgada monocristalina de Cu (111), se uso un sustrato monocristalino del zafiro (0001) que tiene una superficie compuesta de superficies en terrazas que son planas a nivel atomico y de escalones de capa atomica. Se hara una descripcion del significado de "sustrato monocristalino que tiene una superficie compuesta de superficies en terrazas que son planas a nivel atomico y de escalones de capa atomica".
La figura 2-1 es un diagrama esquematico en seccion transversal de una superficie de cristal normal que tiene poca planitud. La figura 2-2 y la figura 2-3 son, respectivamente, un diagrama esquematico en seccion transversal de una superficie de cristal compuesta de superficies en terrazas que son planas a nivel atomico y de escalones de capa atomica, y un diagrama esquematico de una superficie de cristal compuesta de superficies en terrazas que son 5 planas a nivel atomico y de escalones de capa atomica, como se ve anteriormente. En la figura 2-2, la lmea
discontinua (-----) indica una inclinacion de una superficie real, y la lmea de trazos (-.-.-.) indica una orientacion de
cristal cristalografico de una superficie.
Cuando aparece una superficie plana extremadamente satisfactoria, una diferencia de altura entre la superficie en terrazas plana a nivel atomico y la capa atomica, es decir, un escalon de capa atomica, aparece a intervalos 10 mostrados en la figura 2-2 y la figura 2-3. La terraza tiene una anchura definida por un angulo 0 entre la orientacion de cristal cristalografico de una superficie (-.-.-.) y una inclinacion real de una superficie (—). Cuando una superficie de este tipo es observada por un microscopio de fuerza atomica, la figura 1 esta presente.
Es preferible utilizar una pelmula delgada monocristalina de Cu (111) formada por crecimiento epitaxial sobre un sustrato monocristalino que tenga una superficie compuesta de superficies en terrazas que sean planas a nivel 15 atomico y de escalones de capa atomica, para formar una pelmula de grafeno con un tamano de cristal grande. Por consiguiente, tambien es posible utilizar un material monocristalino que permita el crecimiento epitaxial de una pelmula delgada monocristalina de Cu (111), ademas de un sustrato monocristalino de zafiro, y que tambien permita la formacion de una superficie compuesta de superficies en terrazas que sean planas a nivel atomico, y de escalones de capa atomica. Por ejemplo, se cree que se puede utilizar un sustrato monocristalino de diamante 20 (111).
En la presente invencion, se obtuvo grafeno con un tamano de cristal grande formando un laminado de pelmula de carbono, que incluye un sustrato monocristalino de zafiro (0001) que tiene una superficie compuesta de superficies en terrazas que son planas a nivel atomico y de escalones de capa atomica, una pelmula delgada monocristalina de cobre (111) formada por crecimiento epitaxial sobre el sustrato y grafeno depositado sobre la pelmula delgada 25 monocristalina de cobre (111).
A continuacion se describiran en detalle ejemplos, aunque la presente invencion no pretende limitarse a los mismos.
La figura 3 es un diagrama esquematico que ilustra un laminado de pelmula de carbono de acuerdo con la presente invencion. El laminado de pelmula de carbono 10 incluye un sustrato monocristalino 12 de zafiro (0001), una pelmula delgada monocristalina 14 de cobre (111) formada por crecimiento epitaxial sobre el sustrato 12 y grafeno 16 30 depositado sobre la pelmula delgada monocristalina de cobre (111).
La pelmula delgada monocristalina de cobre (111) se cultivo epitaxialmente sobre un sustrato monocristalino de zafiro (0001) usando un metodo de pulverizacion de magnetron DC. El sustrato monocristalino de zafiro (0001) se coloco sobre un escalon de sustrato capaz de calentar un sustrato y se coloco en un sistema de pulverizacion.
Las caractensticas detalladas de un sustrato monocristalino de zafiro (0001) son las siguientes:
35 Fabricado y distribuido por: Shinkosha Co., Ltd. (
http://www.shinkosha.com/index.html)
Nombre: Sustrato de ESCALON de zafiro
Material: AhO3 (zafiro)
Direccion del plano: (0001)
Tamano: 10 mm * 10 mm * 0,5 mm de espesor
40 Pulido: Una superficie
Direccion de plano en tolerancia: 0,3° o menos
Paralelismo: 0,020 mm o menos en ambos extremos de sustrato de 10 mm de ancho Planitud: Lfmite de medicion optica o menor
Perfil de superficie: Superficie en terrazas plana a nivel atomico y escalones de capa atomica (ver en la figura 1).
45 El dispositivo de formacion de pelmula de pulverizacion fue evacuado a la presion de 2,0 x 10-4 Pa o menos antes de que el sustrato para la formacion de pelmula se calentara a 100 °C y se mantuviera a la temperatura. A continuacion, se formo una pelmula delgada monocristalina Cu (111) de 1 pm de espesor sobre un sustrato monocristalino de
5
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25
30
35
40
45
zafiro (0001) en las condiciones de una presion de gas de 1,3 x 10-1 Pa y una potencia de 100 W. Las condiciones detalladas de formacion de pelfcula son las siguientes:
Material de deposicion: Cobre (pureza de 99,99 % o mas)
Evacuacion preliminar: 2,0 x 10-4 Pa
Gas de descarga: Argon (pureza de 99,999 % o mas)
Potencia descargada: 100 W (modo de alimentacion constante)
Corriente de descarga: 370 a 380 mA
Tension de descarga: 338 a 340 V
Presion de gas de descarga: 1,3 x 10-1 Pa
Duracion de la descarga: 28 minutos y 6 segundos
Grosor de pelreula de ajuste: 1.000 nm
Temperature de sustrato: aproximadamente 100 °C (valor medido de 106 a 113 °C sobre un soporte de sustrato cuando se forma).
Se determino mediante medicion de difraccion de rayos X que una pelfcula delgada monocristalina de cobre (111) fue cultivada epitaxialmente sobre un sustrato monocristalino de zafiro (0001). Un difractometro de rayos X utilizado en la presente invencion es X-RINT 2100 XRD-DSC II fabricado por Rigaku Corporation, y el goniometro es un goniometro horizontal Ultima III fabricado por Rigaku Corporation. En el goniometro, se monta una platina multiusos para un patron de pelfcula delgada. La pelfcula delgada de Cu de 1 pm de espesor fabricada de acuerdo con los procedimientos antes mencionados se examino mediante difraccion de rayos X mientras estaba fijada al sustrato monocristalino zafiro (0001). Como rayos X, se utilizaron rayos de cobre (Cu)-Ka1. Un voltaje aplicado y una corriente aplicada de un tubo de rayos X fueron 40 kV y 40 mA, respectivamente. Como detector de rayos X, se utilizo un contador de centelleo.
Una superficie de una muestra se irradio con rayos X con un angulo de 0, y sobre el detector de rayos X colocado en el angulo de doble 0 (20) desde la direccion de irradiacion de rayos X, se determino la intensidad de rayos X emitidos desde la muestra en cada angulo 20 mientras que el angulo 20 se vario girando cada 0,05 grados entre 40 grados a 100 grados (es decir, se vario 0 simultaneamente girando cada 0,025 grados entre 20 grados a 50 grados). Este metodo de medicion se denomina generalmente medicion 20-0, que esta destinado a detectar rayos X reflejados por una superficie de cristal paralela a la superficie de la muestra. Un programa informatico utilizado para la medicion es el software RINT2000 / Pc, version Windows (marca registrada), fabricado por Rigaku Corporation.
La figura 4 es un espectro de difraccion de rayos X medido de esa manera. Los rayos X usados en la presente invencion son rayos de cobre (Cu)-Ka1. Es evidente que existe un pico claro en 20 de 43,4°. Este pico se atribuye a la reflexion en Cu (111). Ademas, existe un pico debil en 20 de 95,4°, que se atribuye a la reflexion en Cu (222). Si la pelfcula delgada de Cu tiene tambien un elemento plano de Cu (200) y un elemento plano de Cu (220) paralelo a su superficie, deben observarse picos correspondientes en 20 de 50,6° y 74,3°, respectivamente, pero ninguno de estos picos fue observado. Los resultados anteriores revelaron que la pelfcula delgada de Cu estaba compuesta de un cristal que terna el plano (111) paralelo a su superficie y era un monocristal (111). Por tanto, se confirmo que la pelfcula delgada monocristalina de cobre (111) fue cultivada epitaxialmente sobre el sustrato monocristalino de zafiro (0001).
En la presente invencion, se formo grafeno mediante una tecnica CVD termica sobre una superficie de una pelfcula delgada monocristalina de cobre (111) formada mediante crecimiento epitaxial sobre un sustrato monocristalino de zafiro (0001), obteniendose asf un laminado de pelfcula de carbono, tal como se muestra en la figura 3, que incluye un sustrato monocristalino de zafiro (0001), una pelfcula delgada monocristalina de cobre (111) formada mediante crecimiento epitaxial sobre el sustrato y grafeno depositado sobre la pelfcula delgada monocristalina de cobre (111).
Como dispositivo de calentamiento requerido para la tecnica CVD termica, se utilizo un horno de imagen de oro por infrarrojos capaz de realizar un rapido calentamiento y enfriamiento de la muestra y de controlar con precision la temperatura (en lo sucesivo denominado horno). El horno utilizado en este documento fue MINI-LAMP-ANNEALER "MiLa3000-PN" fabricado por Ulvac-Rico Inc.
La formacion de la pelfcula se realizo mediante los procedimientos siguientes.
5
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45
50
(1) En una platina de muestra de cuarzo de un horno de calentamiento, se coloco una pelfcula delgada monocristalina de cobre (111) formada mediante crecimiento epitaxial sobre un sustrato monocristalino de zafiro
(0001) (denominado en lo sucesivo "material de base"), junto con el sustrato de zafiro.
(2) El horno se cerro y luego fue evacuado primeramente a 3 * 10-4 Pa o menos.
(3) Se dejo fluir un gas hidrogeno (2 SCCM) y se mantuvo una presion en el horno a 5,3 Pa.
(4) Se inicio un proceso de calentamiento en esta condicion y se elevo la temperatura del material de base de la temperatura ambiente a 1.000 °C durante 5 minutos.
(5) Al mismo tiempo que la temperatura del material de base alcanzo 1.000 °C, ademas de 2 SCCM del gas hidrogeno, se dejo fluir 35 SCCM de gas metano y luego se aumento la presion de 5,3 Pa a 66,5 Pa mientras se mantema la temperatura a 1.000 °C. Un aumento de presion requirio 1 minuto y 20 segundos.
(6) Se realizo la formacion de pelfcula de grafeno mientras se mantema la temperatura a 1.000 °C, un gas hidrogeno a 2 SCCM, un gas metano a 35 SCCM y la presion a 66,5 Pa. El tiempo de formacion de la pelfcula fue de 20 minutos
(7) Despues de la formacion de la pelfcula mientras se mantema la condicion anterior durante 20 minutos, se termino la formacion de la pelfcula. La terminacion se llevo a cabo mediante los siguientes procedimientos: detener el flujo de un gas metano, detener el flujo de un gas hidrogeno, iniciar la evacuacion y luego detener el calentamiento. Los procedimientos de terminacion requirieron 10 segundos o menos.
(8) El material de base de la oblea formado en pelfcula se enfrio mientras se mantuvo la presion a 1 * 10-3 Pa o menos mediante su evacuacion en el interior del horno. La operacion de enfriamiento a 300 °C despues de la terminacion del calentamiento requirio aproximadamente 6 minutos, y la operacion de enfriamiento a aproximadamente 100 °C requirio 19 minutos.
(9) Despues de confirmar que el material de base sometido a formacion de pelfcula se enfrio a 100 °C o menos, se termino la evacuacion, a continuacion se introdujo aire en el horno y despues se retiro del horno el material de base formado en pelfcula.
Para evaluar la calidad del grafeno de un laminado de pelfcula de carbono que incluye un sustrato monocristalino de zafiro (0001), una pelfcula delgada monocristalina de cobre (111) formada mediante crecimiento epitaxial sobre el sustrato y grafeno depositado sobre la pelfcula delgada monocristalina de cobre (111) de la presente invencion, se realizo la medicion de espectrometna Raman. La figura 5 ilustra un espectro de dispersion Raman asf medido. Un dispositivo de medicion es un Modelo XploRA fabricado por Horiba Ltd., y la medicion se realizo en las siguientes condiciones: una longitud de onda de excitacion de un laser es de 632 nm, un tamano de punto de rayo laser es de 1 micrometro de diametro, el numero de lmeas de rejilla de un espectroscopio es 600 y un tiempo de medicion de 5 segundos, y luego se realizo la medicion dos veces y se acumularon los valores de medicion. La medicion se realizo en un estado en el que el grafeno se deposito sobre una pelfcula delgada monocristalina de cobre (111) sobre un sustrato monocristalino de zafiro (0001).
Como se muestra en la figura 5, se observaron picos claros respectivamente a unos 2.670 cm-1 y 1.590 cm-1 de desplazamiento Raman, respectivamente, sobre un fondo suavemente inclinado. El pico a aproximadamente 1.590 cm-1 se atribuye a un anillo normal de seis elementos de atomos de carbono, que en general se denomina banda G. El pico a aproximadamente 2.670 cm-1 se denomina generalmente banda 2D. El fondo suavemente inclinado se atribuye a la fluorescencia emitida desde una pelfcula delgada de cobre de un material de base. En el espectro Raman de grafeno, un pico puede ser observado a veces a alrededor de 1.358 cm-1 y se atribuye a un defecto de un anillo normal de seis elementos de atomos de carbono, y tambien se denomina banda D. En la figura 5, no se observa un pico de la banda D, lo que revela que el grafeno producido mediante la tecnica de la presente invencion es una pelfcula que esta sustancialmente libre de defectos y tiene una cristalinidad satisfactoria.
El numero de capas de grafeno que componen la pelfcula puede identificarse mediante una relacion entre la intensidad de la banda 2D y la de la banda G en el espectro Raman resultante de grafeno (vease la literatura no patente 1 mencionada anteriormente). La literatura no patente 1 revela que cuando una relacion entre la intensidad de la banda 2D I (2D) y la de la banda G I (G) satisface I (2D) / I (G) > 2, se supone que la pelfcula esta compuesta de una o dos capas de grafeno.
Cada fondo se resta de los picos en la banda 2D y la banda G mostradas en la figura 5, respectivamente, seguido del ajuste y determinacion adicional de la relacion de la intensidad mediante el calculo de cada area de picos. Como resultado de ello, I (2D) / I (G) fue 3,27. Por consiguiente, se encontro que la zona examinada mediante espectrometna Raman (la zona de 1 micrometro de diametro que es el tamano de punto del rayo laser de medicion) corresponde al grafeno.
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A continuacion, como se muestra en la figura 6, se seleccionaron cinco posiciones en una superficie de un area de forma cuadrada, cuyo lado eran 10 mm de un laminado de peKcula de carbono y despues se realizo la medicion Raman en un area de forma cuadrada, cuyo lado era de 20 pm con el fin de llenar completamente el area cuadrada, cuyo lado era de 20 pm con puntos de rayo laser cada 1 pm de cada tamano de punto de rayo, es decir, la medicion Raman se realizo en puntos de medicion (21 * 21 = 441 puntos) por posicion. Como resultado de ello, exceptuando que la banda D se observo en algunos puntos de 441 puntos de medicion en una posicion entre cinco posiciones, todos los 441 puntos de medicion cumplieron I (2D) / I (G) >2 en las 4 posiciones restantes. Por consiguiente, se encontro que en el laminado de pelfcula de carbono de la presente invencion, el grafeno tiene un area de forma cuadrada, cuyo lado es de 20 pm o mas en casi todas las posiciones de la superficie
A continuacion, en el centro de una superficie de un area de forma cuadrada, cuyo lado era 10 mm de un laminado de pelfcula de carbono, se realizo la medicion Raman en un area de forma cuadrada, cuyo lado era de 150 pm para llenar completamente el area de forma cuadrada, cuyo lado era de 150 pm con puntos de rayo laser cada 1 pm de cada tamano de punto de rayo, es decir, se realizo la medicion Raman en puntos de medicion (151 * 151 = 22,801 puntos) por posicion. La figura 7 muestra los resultados de la medicion, en la que una zona blanca indica una zona que satisface I (2D) / I (G) >2 y una zona negra indica una zona que satisface I (2D) / I (G) <2 o una zona donde se observa una banda D. Por tanto, se determino que sustancialmente todo el campo medido (en los puntos de medicion 18,840 en todas las 22,801) satisfada I (2d) / I (G) >2, y que se formo grafeno en toda el area de forma cuadrada, cuyo lado era de 150 pm. Por consiguiente, se encontro que en el laminado de pelfcula de carbono de la presente invencion, el grafeno tiene un area de forma cuadrada, cuyo lado es de 150 pm o mas.
A continuacion, en toda el area de una superficie de un area de forma cuadrada, cuyo lado son 10 mm de un laminado de pelfcula de carbono, se realizo la medicion Raman cada 200 pm (es decir, 51 x 51 = 2.601 puntos de medicion). La figura 8 muestra los resultados de la medicion, en la que una zona blanca indica una zona que satisface I (2D) / I (G) >2 y una zona negra indica una zona que satisface I (2D) / I (G) <2 o una zona donde se observo una banda D. Por tanto, se encontro que sustancialmente todo el area de forma cuadrada, cuyo lado era de 10 mm (2.131 puntos de medicion en todos los 2.601 puntos de medicion) satisface I (2D) / I (G) >2 y que se forma grafeno en casi todo el area de forma cuadrada, cuyo lado es de 10 mm.
Como se menciona anteriormente, es posible obtener grafeno que tenga un cristal perceptiblemente mayor, si se compara con la smtesis termica convencional CVD de grafeno que usa la lamina de cobre, mediante un laminado de pelfcula de carbono que incluye un sustrato monocristalino de zafiro (0001), una pelfcula delgada monocristalina de cobre (111) formada mediante crecimiento epitaxial sobre el sustrato y grafeno depositado sobre la pelfcula delgada monocristalina de cobre (111) de la presente invencion.
Tambien es posible obtener grafeno que tenga un tamano de cristal grande laminando grafeno depositado sobre una superficie de una pelfcula delgada monocristalina de cobre (111) a partir de la pelfcula delgada monocristalina de cobre (111) en el laminado de pelfcula de carbono de la presente invencion.

Claims (2)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Laminado de peKcula de carbono, que comprende: un sustrato monocristalino,
    una peKcula delgada monocristalina de cobre (111) formada por crecimiento epitaxial sobre el sustrato 5 monocristalino, y
    grafeno formado sobre la pelfcula delgada monocristalina de cobre (111),
    en el que el sustrato monocristalino es un sustrato monocristalino de zafiro (0001) que tiene una superficie del sustrato compuesta de superficies en terrazas planas a nivel atomico y de escalones de capa atomica.
  2. 2. Laminado de pelfcula de carbono segun la reivindicacion 1, en el que la superficie del sustrato comprende una 10 tolerancia de 0,3° o menos en la direccion de plano y un paralelismo de 0,02 mm o menos en ambos extremos del
    sustrato que tiene una anchura de 10 mm.
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