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铜上CVD石墨烯兼具低成本、高质量及大面积单层的特点而受到人们的普遍关注。近年来,铜上CVD石墨烯的研究得到了飞速发展,石墨烯的质量也明显提高。然而,铜上CVD法制备的石墨烯性能与应用还存在一定差距,铜上CVD石墨烯的生长过程及相关机制还并不完善,相关内容有待进一步深入研究。为进一步明确铜上CVD石墨烯的生长过程及相关机制,提高材料质量,本论文研究了铜基CVD石墨烯的生长刻蚀过程以及石墨烯与衬底的相互作用,主要内容包括如下几个部分: 1.氢气对石墨烯的形核、单晶形状以及生长速率都有影响。通过建立模型来模拟氢气的催化与刻蚀作用,结合实验,我们研究了高浓度氢气下石墨烯单晶的生长特点,并设计了两步法提高了石墨烯的制备效率。 2.设计了CuO/Cu衬底来进行氧控低形核密度石墨烯的制备,利用升温过程中的氢氧竞争实现了石墨烯连续形核密度的可控制备。 3.研究了石墨烯的氢氧刻蚀:氢气刻蚀是发生在石墨烯的点缺陷、褶皱以及单晶边缘处的。氧气也能够刻蚀石墨烯的褶皱,工作发现氢刻蚀与氧刻蚀是独立存在的,并且互相关联。不仅如此,还利用远程铜催化的方法实现了石墨烯在SiO2/Si绝缘衬底上的刻蚀。 4.研究了石墨烯的重构条纹,褶皱,边界钝化以及石墨烯诱导铜滑移四个现象。分析了重构条纹的形貌和产生,观察到重构条纹与石墨烯褶皱总是保持垂直,这说明了重构条纹的产生抑制了相同方向上石墨烯褶皱的形成。实验表明重构条纹与铜晶面及降温速率有关。通过慢降温的手段,制备了重构比例较大的石墨烯连续膜样品,并降低了材料的方块电阻。 5.降温中会出现石墨烯的边界钝化现象,这种边界钝化现象可以抑制石墨烯的二次生长与刻蚀,具体表现为在样品降温时石墨烯的边界会有含Si粒子的累积以及下陷的形貌。 6.研究了重构现象与铜滑移的关系。通过建立模型计算了重构条纹与铜滑移条纹的角度,结果表明重构条纹方向与Cu{111},Cu{100}滑移方向一致,石墨烯的生长以及高温两个要素为铜的非八面体滑移提供了驱动力。