本文關(guān)鍵詞： 石墨烯 CVD 圖形化 銅/鎳復(fù)合薄膜 金屬防腐　出處：《華中科技大學(xué)》2015年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：石墨烯因其優(yōu)異的電學(xué)、熱學(xué)、機(jī)械、光學(xué)等性能而引起廣泛關(guān)注,通常采用CVD工藝在過(guò)渡金屬(如銅、鎳等)基底上生長(zhǎng)大面積、高質(zhì)量的石墨烯薄膜,然后通過(guò)石墨烯轉(zhuǎn)移和石墨烯圖形化等工藝步驟,將石墨烯應(yīng)用于器件結(jié)構(gòu)中。但是,復(fù)雜的石墨烯轉(zhuǎn)移和石墨烯圖形化過(guò)程會(huì)對(duì)石墨烯的質(zhì)量產(chǎn)生一定的破壞,不利于石墨烯優(yōu)異性能的應(yīng)用。在預(yù)圖形化的催化基底上原位生長(zhǎng)石墨烯,可以避免后續(xù)的石墨烯轉(zhuǎn)移和圖形化過(guò)程,有效提高器件應(yīng)用中石墨烯的質(zhì)量,為石墨烯器件的實(shí)現(xiàn)提供了一種有效地技術(shù)路徑。本文主要研究利用CVD方法在銅、鎳薄膜及銅/鎳復(fù)合薄膜基底上圖形化生長(zhǎng)石墨烯。首先采用光刻、濺射、剝離工藝在SiO2/Si制備預(yù)圖形化的銅膜、鎳膜和銅/鎳復(fù)合薄膜基底,然后利用CVD方法在預(yù)圖形化的金屬薄膜基底上選擇性生長(zhǎng)石墨烯。本文預(yù)先通過(guò)改變CVD生長(zhǎng)參數(shù)(壓強(qiáng)、氣氛等)來(lái)探究不同生長(zhǎng)參數(shù)對(duì)石墨烯質(zhì)量的影響,接著選擇合適的CVD生長(zhǎng)參數(shù)在圖形化的金屬薄膜基底上生長(zhǎng)高質(zhì)量的石墨烯。利用SEM、XRD、拉曼光譜、AFM等分析測(cè)試手段對(duì)生長(zhǎng)的石墨烯及石墨烯生長(zhǎng)過(guò)程中的基底進(jìn)行表征。通過(guò)對(duì)比在銅膜、鎳膜和銅/鎳復(fù)合薄膜基底上石墨烯的生長(zhǎng)差異,我們發(fā)現(xiàn)在相同的生長(zhǎng)參數(shù)下,銅/鎳復(fù)合薄膜基底的晶粒尺寸最大,表面最光滑,且在銅/鎳復(fù)合薄膜基底上生長(zhǎng)的石墨烯層數(shù)最少,缺陷最少。隨后我們對(duì)石墨烯在銅/鎳復(fù)合薄膜基底上的生長(zhǎng)機(jī)理進(jìn)行了研究,我們認(rèn)為在銅/鎳復(fù)合薄膜基底中下層的鎳膜充當(dāng)了緩沖層,使上層銅膜質(zhì)量更高,有利于大面積、單層石墨烯的生長(zhǎng)。最后,我們將制備的石墨烯/金屬?gòu)?fù)合結(jié)構(gòu)置于0.5mol/L的過(guò)硫酸銨溶液中進(jìn)行腐蝕,發(fā)現(xiàn)覆蓋有石墨烯的金屬基底的腐蝕速度明顯較裸露的金屬基底慢,初步說(shuō)明石墨烯可以有效地保護(hù)下層金屬不受腐蝕。
[Abstract]:Graphene has attracted much attention because of its excellent electrical, thermal, mechanical and optical properties. Generally, graphene thin films with large area and high quality have been grown on transition metals (such as copper, nickel, etc.) by CVD process. Then graphene is applied to the device structure through graphene transfer and graphene graphics. However, the complex graphene transfer and graphene graphics process will destroy the quality of graphene. The in-situ growth of graphene on a pre-graphed catalytic substrate can avoid the subsequent graphene transfer and graphing process, and improve the quality of graphene in the device application. In this paper, graphene is graphically grown on Cu, Ni and Cu / Ni composite film substrates by CVD. Firstly, graphene is fabricated by photolithography and sputtering. Pre-patterned copper film, nickel film and copper / nickel composite film substrate were prepared by stripping process at SiO2/Si. Then graphene was selectively grown on the pre-patterned metal film substrate by CVD method. In this paper, the growth parameters (pressure) of CVD were changed in advance. To explore the effects of different growth parameters on the quality of graphene, Then the high quality graphene was grown on the graphene substrate with suitable growth parameters. The growth of graphene and graphene substrate during the growth process of graphene and graphene were investigated by means of CVD, Raman spectroscopy and other analytical methods. Characterization. By comparing the copper film, The growth of graphene on the substrate of nickel film and copper / nickel composite film was different. We found that the grain size of copper / nickel composite film substrate was the largest and the surface was the most smooth under the same growth parameters. The growth mechanism of graphene on Cu / Ni composite thin film substrate was studied, and the number of graphene layers was the least and the defects were the least on the Cu / Ni composite film substrate, and the growth mechanism of graphene on Cu / Ni composite film substrate was studied. We think that the nickel film in the lower layer of the copper / nickel composite thin film substrate acts as a buffer layer, which makes the upper copper film higher quality and is conducive to the growth of large area, monolayer graphene. The prepared graphene / metal composite structure was corroded in 0.5 mol / L ammonium persulfate solution. It was found that the corrosion rate of the metallic substrate covered with graphene was significantly slower than that of the bare metal substrate. It is shown that graphene can effectively protect the lower layer metal from corrosion.
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN304.055

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本文編號(hào)：1553329