石墨烯(graphene)， 又稱單層石墨(graphite)，碳原子以sp² 的鍵結方式形成六角形蜂窩狀的二維結構。單層石墨烯(single layer graphene, SLG) 只有一個碳原子的厚度0.34 nm，特殊的結構使其具有很多優異的特性，快速的載子遷移率(carrier mobility)、很高的比表面積(specific surfacearea )、相當好的機械強度(mechanical strength)、極高的光穿透性(transmittance)[1-3]。單層石墨烯只吸收2.3 % 的可見光， 由於沒有能隙，在紫外光(Ultraviolet, UV)波段沒有強烈的吸收，且導電的機制與一般透明導電薄膜(transparent conductive films,TCFs) 不同，因此對紅外光(Infrared, IR) 波段也幾乎是完全透明的；室溫下載子遷移率達2×105 cm²/Vs，而電阻率(resistivity) 約10-6 Ω·cm；彈力常數(spring constants) 約1~5 N/m，楊氏係數(Young's modulus) 約0.5 Tpa。綜合其光性、電性及彈性非常適合做為可撓曲(flexible) 的透明導電膜。本研究目的在於推導出石墨烯的成長模型，並利用傅氏轉換證明銅(111) 對於石墨烯有單一旋轉角。

將銅箔(1cm2) 置於高溫爐管內，通入氬氣(Ar) 與氫氣(H₂)，加熱至1050 °C 並維持此狀態退火180 分鐘。氬氣做為稀釋的安全氣體，氫氣可還原銅表面的氧化銅、防止銅箔氧化及當做催化氣體，高溫退火可增加銅箔結晶性與平整度，我們通入30sccm 的氫氣流量，並通入0.5sccm 的甲烷(CH₄) 成長石墨烯，甲烷在氫氣及銅催化下會降解成碳氫化合物(CHx) 或C 沉積於銅箔表面； 最後我們將銅箔從高溫區移開來快速降溫，可以避免降溫太慢而使得碳原子還不斷在銅表面移動而使得品質不一。為了得到單指向性的銅(111)，我們在藍寶石(c-plane) 基板上濺鍍上一層1μm 的銅膜，之後利用電化學電鍍增加厚度後，再以機械力將銅箔剝離下來，退火後得到表面為銅(111) 之銅箔；我們在高溫1000 度，甲烷及氫氣流量為0.4sccm 及24sccm 參數下，成長單晶石墨烯在銅(111) 及多晶銅表面，並利用傅氏轉換分析其旋轉角。我們使用掃瞄式電子顯微鏡(SEM) 來拍攝單晶石墨烯的型貌，並推導單晶石墨烯的成長模型，以及使用傅氏轉換證明石墨烯成長於銅(111) 表面時有單一的旋轉角。

本研究使用化學氣相沉積系統，成長石墨烯薄膜於銅金屬上，首先推導石墨烯的成長模型，可以發現碳原子在銅表面上的沉積為加速度成長，為一元二次方程式， 實驗結果與方程式的擬合曲線相符合，我們可以透過這個方程式來精確預測石墨烯薄膜需要的成膜時間；最後在溫度1050 度、氫氣30sccm 及甲烷0.5sccm 下之片電阻與光學穿透率為310Ω/ 與97.7 %。我們製作了單指向性的銅(111) 基板，並利用銅(111)與石墨烯有較小的晶格常數差距，成長單一旋轉方向的石墨烯晶粒，最後透過傅氏轉換可以計算出角度差值約2~3 度，有別於以往需要透過穿透式電子顯微鏡來觀察的方法。