ترسيب البخار الكيميائي (CVD) هو طريقة مستخدمة لإنتاج الجرافين، خاصةً على ركائز معدنية انتقالية. وتُفضَّل هذه الطريقة لقدرتها على إنتاج جرافين بمساحة كبيرة وعالية الجودة بتكلفة منخفضة نسبيًا. وتتضمن العملية تحلل السلائف الهيدروكربونية إلى جذور الكربون على سطح الركيزة المعدنية، والتي تشكل بعد ذلك طبقات الجرافين. تعمل الركيزة المعدنية كمحفز، مما يقلل من حاجز الطاقة للتفاعل ويؤثر على آلية الترسيب وجودة الجرافين المنتج.
شرح تفصيلي:
-
نظرة عامة على العملية:
-
في عملية التفريغ القابل للذوبان بالقنوات CVD، يتم إدخال أنواع الغاز التي تحتوي على سلائف هيدروكربونية في مفاعل وتمريرها عبر منطقة ساخنة. وهنا، تتحلل الهيدروكربونات على سطح ركيزة معدنية انتقالية ساخنة، عادةً ما تكون من النحاس أو الكوبالت أو النيكل. ويؤدي هذا التحلل إلى تكوين جذور الكربون التي تتشكل بعد ذلك وتنمو لتصبح طبقات من الجرافين.دور الركيزة المعدنية:
-
يعد اختيار الركيزة المعدنية أمرًا بالغ الأهمية لأنها لا تحفز التفاعل فحسب، بل تحدد أيضًا آلية ترسيب الجرافين. يمكن أن تؤثر المعادن المختلفة على عدد طبقات الجرافين المتكونة وجودتها وتوحيد طبقة الجرافين. على سبيل المثال، من المعروف أن الركائز النحاسية تفضل نمو طبقة واحدة من الجرافين، وهو أمر مرغوب فيه للغاية للعديد من التطبيقات نظرًا لخصائصه الإلكترونية الفائقة.
- خطوات الترسيب:
- يمكن تقسيم عملية CVD إلى عدة خطوات رئيسية:نقل أنواع الغازات:
- يتم نقل غازات السلائف الهيدروكربونية إلى سطح الركيزة.الامتصاص:
- يتم امتصاص أنواع الغازات في سطح الركيزة.التفاعل:
-
تحدث تفاعلات كيميائية على سطح الركيزة، مما يؤدي إلى ترسب الجرافين.الامتزاز:
-
يتم امتصاص النواتج الثانوية والأنواع غير المتفاعلة من السطح، تاركةً وراءها طبقة الجرافين.التحكم والجودة:
توفر تقنية CVD تحكماً أفضل في معدل الترسيب مقارنةً بطرق الترسيب الفيزيائي للبخار. يسمح هذا التحكم بإنتاج أفلام جرافين عالية الجودة وموحدة. إن القدرة على إنتاج جرافين بمساحة كبيرة بخصائص متناسقة تجعل من تقنية CVD مناسبة بشكل خاص للتطبيقات في مجال الإلكترونيات، حيث تكون الموصلية والشفافية الموحدة أمرًا بالغ الأهمية.
