第四章 結果分析與討論
4.1 石墨烯樣品製作與拉曼光譜分析
4.1.3 調控製程氣體流量
根據上述實驗中製程溫度與成長時間已歸納出較好之參數，分別 為製程溫度 900ºC 與製程成長時間 30 分鐘，可得一較好品質且大面 積之石墨烯。故實驗接著以製程溫度 900ºC 與製程時間 30 分鐘之條
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圖 4.11 甲烷流量固定為 25 sccm，氫氣流量分別為 2、4、6、8 與 10 sccm 所得之石墨烯樣品的光學顯微鏡之影像，圖中紅色 框框為量測拉曼光譜之位置，其面積約為 1 × 1 μm2
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圖 4.12 甲烷流量固定為 25 sccm，氫氣流量分別為 2、4、6、
8 與 10 sccm 所得之石墨烯樣品的拉曼光譜分析圖
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接著將製程甲烷流量改變為 50 sccm，同樣地調控氫氣流量分別 為 2、4、6、8 與 10 sccm，並將此些成長於銅箔表面之石墨烯轉移至 載玻片上。將轉移於載玻片之石墨烯以拉曼光譜儀測量，並由光學顯 微鏡可清楚分辨此些樣品皆為大面積之石墨烯，如圖 4.13，而由拉曼 光譜圖中，觀察甲烷流量固定為 50 sccm，改變氫氣流量對於石墨烯 品質之影響。如圖 4.14，可得知當甲烷流量固定為 50 sccm，氫氣流 量分別為 2、4、6、8 與 10 sccm 所量測得到之拉曼光譜皆有 2D peak 且具有相似之 2D/G 比，說明此些樣品具有相似之結晶程度與石墨烯 層數，並發現當氫氣流量於 2 sccm 時有一較小之 D/G 比，亦即當甲 烷流量為 25 sccm、氫氣流量為 2 sccm，所成長之石墨烯具有較少之 缺陷。
圖 4.13 甲烷流量固定為 50 sccm 下，氫氣流量分別為 2、4、
6、8 與 10 sccm 所得樣品之光學顯微鏡之影像，圖中紅 色框框為量測拉曼光譜之位置，其面積約為 1 × 1 μm2
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圖 4.14 甲烷流量固定為 50 sccm，氫氣流量分別為 2、4、6、
8 與 10 sccm 所得之石墨烯樣品的拉曼光譜分析圖
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再將製程甲烷之流量提高為 75 sccm，同樣地調控氫氣流量分別 為 2、4、6、8 與 10 sccm，並將此些成長於銅箔表面之石墨烯轉移至 載玻片上。將轉移於載玻片上之石墨烯以拉曼光譜儀測量，並由光學 顯微鏡可清楚分辨此些樣品亦均為大面積之石墨烯，如圖 4.15。而由 拉曼光譜圖中，觀察甲烷流量固定為 75 sccm，改變氫氣流量對於石 墨烯品質之影響，如圖 4.16。由拉曼光譜圖可得知當甲烷流量固定為 75 sccm，氫氣流量分別為 2、4、6、8 與 10 sccm 時，全部樣品皆有 2D peak 且具有相似之 2D/G 比，得出具有相似之結晶程度與石墨烯 層數。當氫氣流量於 2 sccm 時有一較小之 D/G 比，說明當甲烷流量 為 75 sccm 時，氫氣流量於 2 sccm，所成長之石墨烯具有較少之缺陷。
然而氫氣流量分別為 4、6、8 與 10 sccm 有著較大之 D/G 比，比值接 近於 1，具有較多之缺陷。
圖 4.15 甲烷流量固定為 75 sccm，氫氣流量分別為 2、4、6、
8 與 10 sccm 所製作樣品的光學顯微鏡影像，圖中紅 色框框為量測拉曼光譜之位置，其面積約為 1 × 1 μm2
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圖 4.16 甲烷流量固定為 75 sccm，氫氣流量分別為 2、4、
6、8 與 10 sccm 所製作樣品之拉曼光譜分析圖
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最後將製程甲烷之流量調固定為 100 sccm，同樣地調控氫氣流量 分別為 2、4、6、8 與 10 sccm，並將此些成長於銅箔表面之石墨烯轉 移至載玻片上。將轉移於載玻片之石墨烯以拉曼光譜儀測量，由光學 顯微鏡可清楚分辨全部樣品皆成長為大面積之石墨烯，如圖 4.17。而 由拉曼光譜圖中，觀察甲烷流量固定為 100 sccm，改變氫氣流量對於 石墨烯品質之影響，如圖 4.18。可得知當甲烷流量固定為 100 sccm，
氫氣流量分別為 2、4、6、8 與 10 sccm 所得之樣品皆有 2D peak，然 而氫氣流量為 2 sccm 時具有較好之 2D/G 比，說明氫氣流量為 2 sccm 時具有良好之結晶程度與石墨烯層數。又發現當氫氣流量於 2 sccm 時有一較小之 D/G 比，說明當甲烷流量為 100 sccm 時，氫氣流量於 2 sccm，所成長之石墨烯具有較好之結晶程度與石墨烯層數且缺陷較 少。
圖 4.17 甲烷流量固定為 100 sccm，氫氣流量分別為 2、4、6、
8 與 10 sccm 所製作樣品的光學顯微鏡影像，圖中紅色 框框為量測拉曼光譜之位置，其面積約為 1 × 1 μm2
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圖 4.18 甲烷流量固定為 100 sccm，氫氣流量分別為 2、4、
6、8 與 10 sccm 所製作樣品之拉曼光譜分析圖
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接著將調控製程氣體流量之拉曼光譜圖進行交叉比對，觀察在相 同氫氣流量下，不同製程氣體甲烷之流量，對於石墨烯品質之影響。
首先觀察氫氣流量為 2 sccm 情況下，甲烷流量分別為 25、50、75 與 100 sccm 之樣品其所對應之拉曼光譜圖，如圖 4.19。可分辨出於甲烷 流量為 25 sccm 時，其拉曼光譜圖具有一較小之 D/G 比，說明具有較 少之缺陷，由拉曼光譜圖亦可發現隨著製程氣體甲烷流量之提升，位 於 ~ 1350 cm-1處之 D peak 有逐漸上升之趨勢，故 D/G 強度比亦隨之 升高。說明出當氫氣流量為 2 sccm 情況下，石墨烯表面之缺陷將因 為甲烷流量之提升而有逐漸增加之趨勢。
圖 4.19 氫氣流量固定為 2 sccm，甲烷流量分別為 25、50、
75 與 100 sccm 所得樣品之拉曼光譜分析圖
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接著觀察氫氣流量固定為 4 sccm 情況下，甲烷流量分別為 25、
50、75 與 100 sccm 所得樣品所對應之拉曼光譜圖，如圖 4.20。可得 甲烷流量為 25 sccm 時，其拉曼光譜圖具有一較小之 D/G 比，說明氫 氣流量為 4 sccm，甲烷流量為 25 sccm 條件下所得之樣品具有較少之 缺陷，由拉曼光譜圖亦可發現隨著製程氣體甲烷流量之提升，位於 ~ 1350 cm-1處之 D peak 有逐漸上升之趨勢，故 D/G 強度比亦隨之升高，
於甲烷流量分別為 75 與 100 sccm 時其 D/G 強度比甚至超過 1。此現 象說明出當氫氣流量為 4 sccm 時，石墨烯表面之缺陷將因甲烷流量 之提升而有明顯增加之趨勢。
圖 4.20 氫氣流量固定為 4 sccm，甲烷流量分別為 25、50、
75 與 100 sccm 所得樣品之拉曼光譜分析圖
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接著觀察氫氣流量固定為 6 sccm 情況下，甲烷流量分別為 25、
50、75 與 100 sccm 時所得樣品所對應之拉曼光譜圖，如圖 4.21。可 得知甲烷流量為 25 sccm 時之樣品，其拉曼光譜圖具有一較小之 D/G 比，說明氫氣流量為 6 sccm 情況下，甲烷流量於 25 sccm 所得之樣品 具有較少之缺陷，並由拉曼光譜圖亦可發現隨著製程氣體甲烷流量之 提升，位於 ~ 1350 cm-1處之 D peak 有逐漸上升之趨勢，故 D/G 強度 比亦隨之升高，甲烷流量於 75 sccm 條件下之 D/G 強度比趨近於 1，
而甲烷流量為 100 sccm 時其 D/G 強度比甚至超過 1。此現象說明當 氫氣流量為 6 sccm 時石墨烯表面之缺陷將因為甲烷流量之提升而有 明顯增加之趨勢。
圖 4.21 氫氣流量固定為 6 sccm，甲烷流量分別為 25、50、
75 與 100 sccm 所得樣品之拉曼光譜分析圖
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接著觀察氫氣流量固定為 8 sccm 情況下，甲烷流量分別為 25、
50、75 與 100 sccm 所得樣品所對應之拉曼光譜圖，如圖 4.22。可分 辨出於甲烷流量為 25 sccm 時，其拉曼光譜圖具有一較小之 D/G 比，
說明氫氣流量為 8 sccm 情況下，甲烷流量於 25 sccm 具有較少之缺陷，
並藉由拉曼光譜圖亦可發現隨著製程氣體甲烷流量之提升，波數位於
~ 1350 cm-1處之 D peak 有逐漸上升之趨勢，故 D/G 強度比亦隨之升 高，於甲烷流量 75 與 100 sccm 下其 D/G 強度比皆趨近於 1。此現象 說明出當氫氣流量為 8 sccm 時石墨烯表面之缺陷將因為甲烷流量之 提升而有逐漸增加之趨勢。
圖 4.22 氫氣流量固定為 8 ccm，甲烷流量分別為 25、50、
75 與 100 ccm 所得樣品之拉曼光譜分析圖
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最後觀察氫氣流量固定為 10 sccm 情況下，甲烷流量分別為 25、
50、75 與 100 sccm 所得樣品所對應之拉曼光譜圖，如圖 4.23。可得 出於甲烷流量為 25 sccm 時，其拉曼光譜圖具有一較小之 D/G 強度比，
說明氫氣流量為 10 sccm 情況下，甲烷流量於 25 sccm 具有較少之缺 陷，而藉由拉曼光譜圖亦可發現隨著製程氣體甲烷流量之提升，位於
~ 1350 cm-1處之 D peak 有逐漸上升之趨勢，故 D/G 強度比亦隨之升 高，於甲烷流量 100 sccm 下其 D/G 強度比更趨近於 1。此現象說明 出當氫氣流量為 10 sccm 時石墨烯表面之缺陷將因為甲烷流量之提升 而有逐漸增加之趨勢。
圖 4.23 氫氣流量固定為 10 sccm，甲烷流量分別為 25、50、
75 與 100 sccm 所得樣品之拉曼光譜分析圖
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根據上述調控製程氣體流量之實驗結果，將其不同之製程氣體流 量所對應之 D/G 強度比，繪出其趨勢圖，如圖 4.24。可得知當氫氣 流量於 2、4、6、8 與 10 sccm 時，石墨烯之表面皆因甲烷流量之增 加使得其 D/G 強度比提高，亦即石墨烯之表面缺陷增多。而當甲烷 流量固定於 25、50、75 與 100 sccm 任一流量時，僅發現於氫氣流量 為 2 與 8 sccm 時，其 D/G 強度比相較於其他氫氣流量較低之情況，
亦即氫氣流量為 2 與 8 sccm 時石墨烯之表面具有較少之缺陷，然而 改變氫氣流量其 D/G 強度比並無隨著氫氣流量變化而有明顯之趨勢，
其可能原因為氫氣流量變化太小以至於無法判別其明顯趨勢。故欲在 此一氫氣流量範圍內成長大面積且較少缺陷之石墨烯，則需通入較少 流量之甲烷，方可得到。
圖 4.24 不同製程氣體流量之 D/G 強度比趨勢圖
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圖 4.25 甲烷流量固定為 20 sccm，氫氣流量分別為 2、4、6、
8 與 10 sccm 所得樣品之光學顯微鏡之影像，圖中紅色 框框為量測拉曼光譜之位置，其面積約為 1 × 1 μm2
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圖 4.26 甲烷流量固定為 20 sccm，氫氣流量分別為 2、4、
6、8 與 10 sccm 所得樣品之拉曼光譜分析圖
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我們再將製程氣體流量降至 10 sccm，同樣地調控氫氣流量分別 為 2、4、6、8 與 10 sccm，將此些成長於銅箔表面之石墨烯轉移至載 玻片上，並用拉曼光譜儀測量轉移於載玻片之石墨烯。由光學顯微鏡 可清楚分辨所有樣品皆成長為大面積之石墨烯，如圖 4.27。然而由光 學顯微鏡觀測於氫氣流量為 8 sccm 時，石墨烯表面許多隙縫產生，
顯示出於甲烷流量 10 sccm 且氫氣流量為 8 sccm 時成長之石墨烯，於 銅箔表面具有較差之覆蓋率。由拉曼光譜圖中，如圖 4.28。可得知當 甲烷流量固定為 10 sccm，不同氫氣流量 D/G 強度比相似，說明當甲 烷流量為 10 sccm 時不同氫氣流量所成長之石墨烯之表面缺陷程度相 似。並發現製程氣體甲烷流量為 10 sccm 時，相較於製程氣體甲烷流 量為 25 sccm 時也具有更小之 D/G 強度比，與先前實驗結果降低製程 氣體甲烷流量可有效降低合成之石墨烯表面缺陷相符。
圖 4.27 甲烷流量 10 sccm 下，氫氣流量分別為 2、4、6、8 與 10 sccm
圖 4.27 甲烷流量 10 sccm 下，氫氣流量分別為 2、4、6、8 與 10 sccm