[发明专利]生长均匀、大规模的多层石墨烯膜的方法

权利要求书

1.用于生长石墨烯膜的方法，包括：

在化学气相沉积(CVD)反应室中处理具有表面的碳化催化剂，所述反应室具有在1毫托至760托范围内的压力和在200℃至1,200℃范围内的温度；

使具有碳原子的气态碳源和弱氧化蒸气在所述碳化催化剂的所述表面上流动，由此使来自所述碳源的所述碳原子在所述碳化催化剂的所述表面上沉积在晶化碳原子排列中；以及

冷却所述碳化催化剂和所述晶化碳原子排列，以在所述碳化催化剂的所述表面上形成多层石墨烯膜。

2.权利要求1所述的方法，进一步包括将所述多层石墨烯膜与所述碳化催化剂分离。

3.权利要求2所述的方法，其中所述分离包括：

在所述多层石墨烯膜上形成保护层；

蚀刻掉所述碳化催化剂；以及

将所述保护层从所述多层石墨烯膜中移除。

4.权利要求3所述的方法，进一步包括用PMMA形成所述保护层。

5.权利要求1所述的方法，其中所述冷却操作在大约0.1℃每分钟至大约10℃每分钟范围内的冷却速率下进行。

6.权利要求1所述的方法，其中所述气态碳源的流动在大约0.5标准立方厘米每分钟(“sccm”)至大约50sccm的范围内的流速下进行。

7.权利要求1所述的方法，其中所述弱氧化蒸气在惰性气体的存在下，以以体积计大约1％至10％范围内的量提供。

8.权利要求1所述的方法，其中所述弱氧化蒸气由含氧分子或含卤素分子组成。

9.权利要求1所述的方法，进一步包括使用等离子体活化以促进所述碳源解离成所述碳原子。

10.权利要求1所述的方法，其中所述多层石墨烯膜具有2层和20层的石墨烯。

11.权利要求10所述的方法，其中所述多层石墨烯膜具有大约10层的石墨烯。

12.权利要求1所述的方法，其中所述多层石墨烯膜具有至少大约一平方厘米的连续的表面积。

13.权利要求1所述的方法，其中所述碳化催化剂包括具有大约300nm至大约1,000nm范围内的厚度的膜。

14.权利要求1所述的方法，其中所述碳化催化剂包括具有大约0.01mm至大约5mm范围内的厚度的膜。

15.权利要求1所述的方法，其中所述碳化催化剂由至少一种选自以下金属的金属形成：Ni、Cu、Co、Fe、Rh、Pt、Au、Ru和Mo。

16.权利要求1所述的方法，进一步包括实施化学掺杂步骤，以化学掺杂所述多层石墨烯膜。

17.权利要求1所述的方法，其中所述气态碳源包括至少一种选自以下气体的气体：一氧化碳、甲烷、乙烷、乙烯、乙醇、乙炔、丙烷、丙烯、丁烷、丁二烯、戊烷、戊烯、环戊二烯、己烷、环己烷、苯和甲苯。

18.权利要求1所述的方法，进一步包括使氢流动通过所述反应室以还原所述碳化催化剂。

19.权利要求1所述的方法，其中所述碳化催化剂的所述表面包括无定形碳，并进一步包括在所述碳化催化剂的所述表面上氧化所述无定形碳同时避免大量扰乱所述晶化碳原子排列。

20.权利要求1所述的方法，其中使气态碳源和弱氧化蒸气在所述碳化催化剂的所述表面上流动的操作进行1分钟至1小时范围内的时间。

21.用于生长多层石墨烯膜的方法，其包括以下操作：

a)在具有适当压力和升高温度的反应室中处理具有表面的碳化催化剂；

b)使具有碳原子的气态碳源在所述碳化催化剂的所述表面上流动，同时使所述气态碳源受到解离过程，由此使来自所述气态碳源的碳原子沉积在所述碳化催化剂的所述表面上；

c)与操作b)同时发生的是，使弱氧化蒸气在惰性气体存在下在所述碳化催化剂的所述表面上流动，以减少或防止形成无定形碳；以及

d)以形成晶化碳原子排列的速率冷却所述碳化催化剂和在其上的所述碳原子，所述晶化碳原子排列限定构成所述多层石墨烯膜的石墨烯的堆叠层。

22.权利要求21所述的方法，其中所述解离过程包括热活化和等离子体活化中的至少一种。