本文選題：石墨烯 + 化學(xué)氣相沉積　； 參考：《合肥工業(yè)大學(xué)》2015年碩士論文

【摘要】：石墨烯是一種由碳原子構(gòu)成的單原子層二維薄膜材料。特別地,石墨烯因具有超高的載流子遷移率、合適的功函數(shù)、超高的透明度和優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性等因素,使其在顯示器件、電子器件、光電器件等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。目前,制備高質(zhì)量大面積的石墨烯仍是石墨烯研究的重點(diǎn)。本文采用化學(xué)氣相沉積(CVD)法,在銅箔上面生長高質(zhì)量單層的石墨烯,將其轉(zhuǎn)移到SiO2/Si和PET襯底上。用layer-by-layer (LBL)的方法獲得了具有不同表面性質(zhì)的多層石墨烯,并制備了基于石墨烯電極的場效應(yīng)薄膜晶體管(OTFT)。主要的研究內(nèi)容和工作如下：(1)對單層石墨烯的CVD生長條件進(jìn)行了優(yōu)化,成功制備出高質(zhì)量的石墨烯。實驗結(jié)果表明,銅箔經(jīng)過機(jī)械拋光和高溫退火處理后,表面變得整潔、晶粒變大,有利于形成高質(zhì)量的石墨烯；甲烷的濃度決定著石墨烯的層數(shù)；氫氣不僅可以促進(jìn)甲烷的分解又可以對石墨烯起到刻蝕效果,能幫助提升石墨烯的質(zhì)量。結(jié)合上述的分析和實驗我們確定了適于我們設(shè)備的生長參數(shù)。(2)在石墨烯的轉(zhuǎn)移實驗中,我們研究了襯底的處理以及石墨烯的預(yù)處理對轉(zhuǎn)移結(jié)果的影響,發(fā)現(xiàn)紫外臭氧處理的襯底能增加石墨烯與襯底的粘附力,有利于完整石墨烯膜的轉(zhuǎn)移；用氧等離子體體處理銅箔背面能夠獲得潔凈度高的石墨烯。通過紫外光刻的方法制備了石墨烯電極。(3)成功制備了基于石墨烯電極的OTFTs器件,并與金電極的OTFTs器件作對比,單層石墨烯器件的最大遷移率達(dá)到0.56 cm2V-1s-1,要比金電極的OTFT大很多,證明我們制備的單層石墨烯在微電子領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用價值。(4)研究了電極／有機(jī)半導(dǎo)體界面對基于石墨烯做電極的OTFTs器件性能的影響,通過LBL的方法制備了不同表面性質(zhì)的多層石墨烯。實驗發(fā)現(xiàn),隨著層數(shù)的增加石墨烯的表面粗糙度、導(dǎo)電性、功函數(shù)也隨之增加。盡管多層石墨烯的導(dǎo)電性和功函數(shù)都有利于器件性能的提高,但是粗糙的界面擾亂了并五苯的生長,破壞了半導(dǎo)體薄膜在石墨烯電極／有機(jī)半導(dǎo)體界面處的連續(xù)性,不利于電荷在界面處的注入與傳輸。因此,界面粗糙度越大OTFTs器件性能就越差。石墨烯的粗糙度成為了決定石墨烯器件性能的主要因素。因此,在今后的實驗中獲得平坦、均一的石墨烯是非常必要的。
[Abstract]:Graphene is a two-dimensional thin film material composed of carbon atoms. In particular, graphene has a broad application prospect in display devices, electronic devices, optoelectronic devices and other fields because of its ultra-high carrier mobility, appropriate work function, ultra-high transparency and excellent chemical stability. At present, the preparation of high-quality and large-area graphene is still the focus of graphene research. High quality graphene monolayers were grown on copper foil by chemical vapor deposition (CVD) method and transferred to SiO2/Si and PET substrates. Multilayer graphene with different surface properties was obtained by layer-by-layer / LBL method, and a field effect thin film transistor (FET) based on graphene electrode was prepared. The main research contents and work are as follows: (1) the CVD growth conditions of graphene monolayer were optimized and high quality graphene was successfully prepared. The experimental results show that the copper foil after mechanical polishing and high temperature annealing makes the surface clean and the grain size bigger which is conducive to the formation of high quality graphene and the concentration of methane determines the number of layers of graphene. Hydrogen can not only promote the decomposition of methane, but also etch graphene and improve the quality of graphene. Based on the above analysis and experiments, we have determined the growth parameters suitable for our equipment. In the graphene transfer experiment, we have studied the effect of substrate treatment and the pretreatment of graphene on the transfer results. It is found that the substrate treated by ultraviolet ozone can increase the adhesion of graphene to the substrate, which is beneficial to the transfer of the complete graphene film, and the high cleanness graphene can be obtained by treating the back of copper foil with oxygen plasma. OTFTs devices based on graphene electrodes were successfully fabricated by UV lithography. Compared with OTFTs devices with gold electrodes, the maximum mobility of monolayer graphene devices was 0.56 cm2V-1s-1, which was much larger than that of gold electrodes. It is proved that our monolayer graphene has good application value in the field of microelectronics. The effect of electrode / organic semiconductor interface on the performance of OTFTs devices based on graphene electrode has been studied. Multilayer graphene with different surface properties was prepared by LBL. It is found that the surface roughness, conductivity and work function of graphene increase with the increase of the number of layers. Although the electrical conductivity and work function of multilayer graphene are beneficial to the improvement of device performance, the rough interface disturbs the growth of pentabenzene and destroys the continuity of semiconductor film at the graphene electrode / organic semiconductor interface. It is unfavorable to the injection and transmission of charge at the interface. Therefore, the higher the interface roughness, the worse the performance of OTFTs devices. The roughness of graphene has become the main factor to determine the performance of graphene devices. Therefore, it is necessary to obtain flat and uniform graphene in future experiments.
【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN304.055;TN321.5

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本文編號：1820066