Entwicklung und Qualifizierung eines CVD-Prozesses zum katalytischen Graphenwachstum

Abstract

Graphen erfreut sich in der Wissenschaft aufgrund seiner außergewöhnlichen Eigenschaften einer hohen Aufmerksamkeit. Besonders für Energiespeicher und fortschrittliche Halbleiterbauelemente ist Graphen ein Hoffnungsträger. Die Verbreitung des Werkstoffes wird durch eine komplexe Herstellung limitiert. Mit Hilfe eines Chemical Vapor Deposition (CVD) Prozesses kann katalytisch auf Kupfer Graphen in Monolage in der Größenordnung von einigen Centimetern erzeugt werden. In dieser Arbeit wurde ein Wachstumsprozess entwickelt sowie die Vorbehandlung der verwendeten Kupfersubstrate betrachtet. Auf einer 25µm dicken Kupferfolie kann mit dem Prozess eine durchgängige Monolage mit geringer Defektdichte erzeugt werden. Es wurde festgestellt, dass für unterschiedliche Substrate andere Wachstumsparameter notwendig sind. So benötigt ein dickeres Substrat eine höhere Temperatur. Die Graphenschichten wurden mit unterschiedlichen Verfahren transferiert und charakterisiert. Auch konnte auf den Substraten nach dem Transfer weiteres Graphen gewachsen werden.

Graphene has become a focuspoint in research due to its extraordinary characteristics. It’s an especially promising material for energy storage solutions as well as advanced semicoductor designs. The spread of graphene into mass production is mainly limited by its challenging production. One promising technique is the use of Chemical Vapor Deposition (CVD). Using copper as a catalyst allows synthesizing monolayers with dimensions of multiple centimeters. In this work a CVD process for the growth of graphene is developed while analyzing the effect of various pre treatments for the used copper substrates. The growth of a continuous monolayer with a low defect rate was achieved on a 25µm copper foil. The results indicate that different process parameters are necessary for the growth of graphene on other substrates. A thicker substrate requires a higher temperature for the growth process. Lastly, the synthesized graphene was able to be successfully transferred with multiple processes. Additionally, the copper substrate were shown to be reuseable for further growth processes.