Study of graphene layer growth on dielectric substrate in microwave plasma torch at atmospheric pressure

JAŠEK, Ondřej, Jozef TOMAN, Miroslav ŠNÍRER, Vít KUDRLE a Jana JURMANOVÁ. Study of graphene layer growth on dielectric substrate in microwave plasma torch at atmospheric pressure. In International Conference on Diamond and Carbon Materials 2019. 2019.

Základní údaje

• Originální název: Study of graphene layer growth on dielectric substrate in microwave plasma torch at atmospheric pressure
• Název česky: Studium růstu grafénových vrstvev na dielektrickém substrátu v mikrvlnném plazmatu za atmosférického tlaku
• Autoři: JAŠEK, Ondřej, Jozef TOMAN, Miroslav ŠNÍRER, Vít KUDRLE a Jana JURMANOVÁ.
• Vydání: International Conference on Diamond and Carbon Materials 2019, 2019.

Další údaje

• Originální jazyk: angličtina
• Typ výsledku: Konferenční abstrakt
• Stát vydavatele: Španělsko
• Utajení: není předmětem státního či obchodního tajemství
• WWW: web konference
• Organizační jednotka: Přírodovědecká fakulta
• Klíčová slova česky: grafén, substrát, mikrovlnné plazma
• Klíčová slova anglicky: graphene, substrate, microwave plasma
• Příznaky: Mezinárodní význam

Anotace

Ethanol decomposition in microwave plasma represents simple and environmentally friendly way of graphene production in the gas phase. In this work we study formation of graphene layer on the dielectric substrate Si/SiO2 placed in the vicinity of the discharge. Microwave plasma torch (2.45 GHz, 200-1000 W) at atmospheric pressure was used to study graphene layer deposition in Ar (250-1000 sccm) and ethanol (1-5 sccm) mixture. We used dual channel configuration of nozzle electrode with central Ar flow and precursor/Ar flow in secondary channel. The homogeneity and quality of graphene layer was investigated in dependence on substrate temperature (700-1000 K) and precursor flow. Samples were analyzed by SEM, Raman spectroscopy and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). SEM analysis of the silicon oxide substrate revealed presence of several nm large graphene crystals and larger, 100 nm and larger, graphene flakes. The size and distribution of the graphene nanocrystals varied with substrate temperature and precursor flowrate. By increasing ethanol flowrate, the size of the crystals increased and the number of larger flakes, formed in the gas phase, increased as well. Raman spectroscopy of layers showed presence of D (1350 cm-1), G (~ 1580 cm -1) and 2D (2690 cm -1) peaks with large I2D/IG ratio as can be seen in Fig.1. The XPS analysis and fitting of C1s peak showed small sp3/sp2 carbon bond ratio, below 10 %, in the deposited layers. In conclusion, microwave plasma at atmospheric pressure was successfully used for growth of graphene layer on dielectric substrate but the quality of the layer is lower in comparison with CVD deposited layers.

Anotace česky

Rozklad etanolu v mikrovlnné plazmě představuje jednoduchý a ekologický způsob produkce grafenu v plynné fázi. V této práci studujeme tvorbu grafenové vrstvy na dielektrickém substrátu Si / SiO2 umístěném v blízkosti výboje. Mikrovlnný plazmový hořák (2,45 GHz, 200-1000 W) při atmosférickém tlaku byl použit ke studiu ukládání grafenové vrstvy v Ar (250-1000 sccm) a ethanolu (1-5 sccm). Použili jsme dvoukanálovou konfiguraci tryskové elektrody s centrálním tokem Ar a prekurzorem / proudem Ar v sekundárním kanálu. Homogenita a kvalita grafenové vrstvy byla zkoumána v závislosti na teplotě substrátu (700-1000 K) a toku prekurzoru. Vzorky byly analyzovány pomocí SEM, Ramanovy spektroskopie a rentgenové fotoelektronové spektroskopie (XPS). SEM analýza oxidu křemičitého substrátu odhalila přítomnost několika nm velkých krystalů grafenu a větších, 100 nm a větších, grafenových vloček. Velikost a distribuce grafenových nanokrystalů se měnila v závislosti na teplotě substrátu a průtoku prekurzoru. Zvýšením průtoku ethanolu se zvýšila velikost krystalů a zvýšil se také počet větších vloček vytvořených v plynné fázi. Ramanova spektroskopie vrstev ukázala přítomnost D (1350 cm-1), G (~ 1580 cm-1) a 2D (2690 cm-1) píků s velkým poměrem I2D / IG, jak je vidět na Obr. Analýza XPS a přizpůsobení píku C1s ukázala malý poměr uhlíkových vazeb sp3 / sp2, pod 10%, v deponovaných vrstvách. Závěrem lze říci, že mikrovlnná plazma za atmosférického tlaku byla úspěšně použita pro růst vrstvy grafenu na dielektrickém substrátu, ale kvalita vrstvy je ve srovnání s vrstvami připravnými metodou CVD nižší.

Návaznosti

• GA18-08520S, projekt VaV: Název: Studium procesu nukleace dvourozměrných uhlíkových nanostruktur v mikrovlnném plazmatu

Investor: Grantová agentura ČR, Studium procesu nukleace dvourozměrných uhlíkových nanostruktur v mikrovlnném plazmatu

• LO1411, projekt VaV: Název: Rozvoj centra pro nízkonákladové plazmové a nanotechnologické povrchové úpravy (Akronym: CEPLANT plus)

Investor: Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy ČR, Rozvoj centra pro nízkonákladové plazmové a nanotechnologické povrchové úpravy