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グラフェンの結晶成長の熱放射光によるその場顕微観察

${it In situ}$ optical microscopy of crystal growth of graphene using thermal radiation

寺澤 知潮; 平良 隆信*; 小幡 誠司*; 斉木 幸一朗*; 保田 諭; 朝岡 秀人

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

sp$$^{2}$$炭素原子で構成される単原子厚さのシートであるグラフェンは、この10年間で最も魅力的な材料である。グラフェンの特性の多くは単層の場合に顕著である。化学気相成長法(CVD)は、大面積で単層グラフェンを選択的に製造するために広く使用される。ここでは、グラフェンのCVD成長のその場観察を実現するために開発した「熱放射光学顕微鏡」を紹介する。熱放射像においてグラフェンをCu基板上の明るいコントラストとして観察する方法を示し、続いてその場観察によって明らかにされた成長機構、すなわち核形成点や律速過程を紹介する。最後に、Au基板上でのグラフェンのCVD成長において前処理手順によるグラフェンの放射率が変調を受けたという研究を紹介する。熱放射光学顕微鏡は、グラフェンの成長を観察するだけでなく、グラフェンの熱放射特性を明らかにするための方法としても期待される。

Graphene, an atomically thin sheet composed of sp$$^{2}$$ carbon atoms, has been the most attractive material in this decade. The fascinating properties of graphene are exhibited when it is monolayer. Chemical vapor deposition (CVD) is widely used to produce monolayer graphene selectively in large-area. Here we introduce "radiation-mode optical microscopy" which we have developed in order to realize the ${it in situ}$ observation of the CVD growth of graphene. We show the method to observe graphene as bright contrast on Cu substrates in thermal radiation images. The growth mechanism, the nucleation site and rate limiting process, revealed by the ${it in situ}$ observation is presented. Finally, we show the CVD growth of graphene on Au substrates, resulting in the tuning of the emissivity of graphene by the pre-treatment procedures. Our method is not only a way to observe the graphene growth but also shed light on the thermal radiation property of graphene.

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