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Effect of hydrogen on chemical vapor deposition growth of graphene on Au substrates

グラフェンの金上におけるCVD成長への水素の効果

寺澤 知潮; 平良 隆信*; 保田 諭; 小幡 誠司*; 斉木 幸一郎*; 朝岡 秀人

Terasawa, Tomoo; Taira, Takanobu*; Yasuda, Satoshi; Obata, Seiji*; Saiki, Koichiro*; Asaoka, Hidehito

CuやAuなどのC固溶度が低い基板上への化学気相成長(CVD)は、単層グラフェンを大面積に選択的に成長させることが期待されている。Cu上においてはグラフェンのドメインサイズを制御するためにH$$_{2}$$がしばしば添加されるが、一方、Arは酸化に対して不活性であるため、AuはH$$_{2}$$を必要としない。そこでAu上のグラフェンの質を改善するためには、H$$_{2}$$の効果が明らかにされるべきである。ここでは熱放射光学顕微鏡を用いて、Au基板上のグラフェンのCVD成長に及ぼすH$$_{2}$$の影響を報告する。その場観察およびラマン分光法は、H$$_{2}$$が供給されたか否かがAu上のグラフェンの成長速度、熱放射コントラスト、および圧縮歪みに強く影響することを明らかにした。これらの効果は、H$$_{2}$$供給に依存したAu(001)の表面再構成によるものと考えた。我々の結果は将来の応用のためにAu上で高品質のグラフェン成長を達成するために不可欠である。

Chemical vapor deposition (CVD) on substrates with low C solubility such as Cu and Au is promising to grow monolayer graphene selectively in a large scale. Hydrogen is often added to control the domain size of graphene on Cu, while Au does not require H$$_{2}$$ since Ar is inert against oxidation. The effect of H$$_{2}$$ should be revealed to improve the quality of graphene on Au. Here we report the effect of H$$_{2}$$ on the CVD growth of graphene on Au substrates using in situ radiation-mode optical microscopy. The in situ observation and ex situ Raman spectroscopy revealed that whether H$$_{2}$$ was supplied or not strongly affected the growth rate, thermal radiation contrast, and compressive strain of graphene on Au. We attributed these features to the surface reconstruction of Au(001) depending on H$$_{2}$$ supply. Our results are essential to achieve the graphene growth with high quality on Au for future applications.

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