Le mécanisme du graphène CVD implique un processus en deux étapes : la dissolution et la ségrégation.
Quel est le mécanisme du graphène CVD ? 5 étapes clés expliquées
1. Dissolution
Au cours de la première étape, les atomes de carbone sont dilués ou incorporés dans un catalyseur à base de métal de transition, tel que le nickel, le cuivre, le platine ou l'iridium.
Ce processus est connu sous le nom de dissolution.
Les atomes de carbone se diffusent dans le substrat métallique, sous l'effet de températures élevées à l'intérieur du substrat.
Plus la température est élevée, plus le processus de diffusion est rapide.
La durée joue également un rôle, car les atomes de carbone ont besoin de plus de temps pour atteindre leur état de saturation dans les films métalliques plus épais.
2. Ségrégation
Lors de la deuxième étape, appelée ségrégation, les atomes de carbone se refroidissent rapidement, ce qui les sépare du substrat métallique et forme une couche de graphène.
Ce refroidissement rapide peut être obtenu en réduisant la température ou en utilisant un agent de refroidissement.
Les espèces de carbone qui ont diffusé dans le substrat métallique réagissent les unes avec les autres pour former de petites grappes de carbone.
Lorsque ces amas dépassent une taille critique, des cristaux de graphène se forment et croissent à la surface du catalyseur.
3. Dépôt de gaz contenant du carbone
Le processus de dépôt en phase vapeur du graphène implique le dépôt de gaz contenant du carbone sur une surface métallique dans une chambre de réaction chauffée.
Le catalyseur métallique sert à la fois de catalyseur pour la décomposition des espèces de carbone et de surface pour la nucléation du réseau de graphène.
4. Surveillance des conditions critiques
La température, la pression, la durée et d'autres conditions doivent être soigneusement contrôlées pour garantir la croissance réussie du graphène.
5. Formation des cristaux de graphène
Les précurseurs de carbone, tels que le méthane, sont convertis en graphène sur la surface d'un catalyseur métallique, tel que le cuivre, par décomposition et formation de grappes de carbone.
La réaction de dépôt chimique en phase vapeur se produit généralement à des températures élevées, de l'ordre de 1 000 °C.
Lorsque les amas de carbone dépassent une taille critique, des cristaux de graphène se forment et croissent, formant une couche d'atomes de carbone d'une épaisseur d'un seul atome.
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