Безкатализаторный рост сетчатого нанографита на подложках Si и SiO2 методом плазменно-химического осаждения из газовой фазы с фотоэмиссионной активацией

Мы разработали процесс плазменно-химического осаждения из газовой фазы (CVD) с фотоэмиссионной активацией, в котором плазма тлеющего разряда постоянного тока (DC) поддерживается фотоэлектронами, испускаемыми подложкой при облучении ультрафиолетовым (UV) светом. В атмосфере Ar и в вакууме ток плазмы измеряли в зависимости от напряжения смещения образца, чтобы установить механизм генерации плазмы с фотоэмиссионной активацией. Благодаря преимуществам плазменно-химического осаждения с фотоэмиссионной активацией, при котором плазма генерируется вблизи подложки и в контролируемом объёме, нам удалось вырастить блестящие чёрные плёнки сетчатого нанографита без катализатора на подложках Si(001) и SiO2(350 нм)/Si(001) со скоростью осаждения около 2 мкм/мин, несмотря на низкую потребляемую мощность плазмы — около 4 Вт. Наблюдения методом просвечивающей электронной микроскопии (TEM) поперечных срезов и электронной дифракции (TED) показали, что образцы, выращенные при температуре около 700 °C с использованием разбавленного Ar CH4, состояли из многослойных графеновых частиц диаметром около 10 нм, тесно соединённых друг с другом и имеющих общие графеновые листы, хотя их кристаллографические ориентации были случайными. В объёмно-чувствительных фотоэлектронных спектрах C 1s, полученных с использованием синхротронного излучения с энергией 7933 эВ, доминировала химически смещённая компонента атомов углерода, связанных связями sp2, а пик потерь на переходе π–π* отчётливо наблюдался для образцов, выращенных на обеих подложках. Это указывает на то, что многослойные графеновые частицы в значительной степени содержали высококачественные графеновые листы, что согласуется с результатами микроскопической рамановской спектроскопии. Эту слоистую углеродную структуру мы назвали «углеродным мильфеем». [DOI: 10.1380/ejssnt.2009.882]