發(fā)布時(shí)間：2021-09-09 16:04

　　石墨烯作為新型二維碳材料,由于具有獨(dú)特的能帶結(jié)構(gòu)、大的比表面積、高的載流子遷移率等優(yōu)異的性質(zhì)引起了廣泛關(guān)注,在催化、儲(chǔ)能、微電子器件、功能復(fù)合材料、高靈敏度傳感器等領(lǐng)域中具有廣闊的應(yīng)用前景。目前,制備石墨烯的方法有很多,例如機(jī)械剝離法、化學(xué)氣相沉積法（CVD）、碳化硅（SiC）熱解法、化學(xué)自組裝方法等。其中,SiC熱解法制備的石墨烯能夠與現(xiàn)代半導(dǎo)體工藝相兼容,避免石墨烯轉(zhuǎn)移工藝對(duì)石墨烯完整性和電學(xué)性能的破壞,更利于制備熱穩(wěn)定性好、晶圓級(jí)尺寸的均勻石墨烯,被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)大規(guī)模集成電路的理想途徑,是最適合于微電子器件應(yīng)用和最有潛力的制備方法之一。SiC熱解法的基本原理是,高溫分解碳化硅導(dǎo)致Si原子揮發(fā),剩余的C原子重構(gòu)形成石墨烯。然而,由于SiC襯底暴露的Si原子懸掛鍵與石墨烯形成強(qiáng)相互作用的共價(jià)鍵,導(dǎo)致石墨烯結(jié)構(gòu)不平整并且產(chǎn)生褶皺,形成0層石墨烯或稱之為緩沖層石墨烯。緩沖層石墨烯由原始的sp2雜化變成sp2、sp3雜化共存,破壞了石墨烯特有的線性色散關(guān)系。緩沖層的存在勢必會(huì)使石墨烯的電學(xué)特性下降,這將嚴(yán)重影響石墨烯在器件中的應(yīng)用。因此,如何去除緩沖層,解除緩沖層石墨烯與SiC襯底之間的相互... 

【文章來源】：山東大學(xué)山東省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：118 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．１不同碳元素構(gòu)成的材料結(jié)構(gòu)［２］??２??

．４２?Ａ，鍵角為１２０°，晶格常數(shù)為２．４６?Ａ?，??其厚度約為０．３５５?ｎｍ，是迄今為止己知材料中最薄的材料［１，３］。石墨烯能??夠暴露出不同的邊緣，例如扶手椅形（ａｒｍｃｈａｉｒ?ｅｄｇｅ）和鋸齒形（ｚｉｇｚａｇ?ｅｄｇｅ）??邊緣，不同的邊緣導(dǎo)致石墨烯具有不同的性質(zhì)。Ｆｕｊｉｔａ和Ｎａｋａｄａ［４］等人通??過緊束縛電子結(jié)構(gòu)模型研宄表明，镅齒形石墨烯納米帶呈金屬性，且費(fèi)米??面能級(jí)附近電子態(tài)集中于石墨烯的邊緣：而扶手形石墨烯納米帶呈金屬性??還是半導(dǎo)體性由其帶寬決定，如圖１．２（ａ）所示，據(jù)報(bào)道，工藝上己經(jīng)實(shí)現(xiàn)??了對(duì)石墨烯導(dǎo)電類型和禁帶寬度的調(diào)控［５－７］。碳原子２ｄ２ｐ２四個(gè)電子構(gòu)成??了石墨烯的電子軌道最外層，其中每一個(gè)碳原子中有兩種不同鍵，一種是??每個(gè)碳原子與臨近三個(gè)碳原子的價(jià)電子通過雜化形成ａ鍵，平面的（Ｔ鍵??異常強(qiáng)籾，使得石墨烯的六角晶格結(jié)構(gòu)具有極強(qiáng)的機(jī)械性能和穩(wěn)定性，另??外一種是由碳原子剩余的一個(gè)價(jià)電子位于Ａ軌道形成向外方向的７！鍵，這??種平面外的７ｔ鍵電子＆軌道有輕微的重疊，７１軌道是半填充的，７Ｔ鍵電子??式離域可以使得石墨烯層間電子自由移動(dòng)，電子從一個(gè)原子的＾軌道躍遷??到另一個(gè)原子＆軌道，從而使得石墨烯擁有很多奇異的電學(xué)性能，例如極??髙的載流子遷移率，如圖１．２（ｂ）所示。??（ａ）?（ｂ）??ａｒｍｃｈｓｉｒ?ｅｄｇｅ?〇?ｂｏｎｄ?＿??靡魯Ｆ??辱痛??圖１．２?（ａ）石墨烯的布拉菲晶格結(jié)構(gòu)，ａ，和３２為原胞晶格矢量；（ｂ）石墨烯中ｏ鍵和７ｔ??鍵的分布；（ｃ）相應(yīng)的布里淵區(qū)（狄拉克錐分別位于Ｋ點(diǎn)和Ｋ點(diǎn)）；（ｄ）石墨烯能帶結(jié)??構(gòu)［８］??３??

山東大學(xué)碩士學(xué)位論文??￣＾?Ｉ?ｉＥ??６－?０Ｔ?，?｜??〇１?１?１?Ｌ?＿?Ｘ?■ｖ■■■■＿?Ｊ???－６０?－３０?０?３０?６０??ｖ９ｗ??圖１．３石墨烯雙極場效應(yīng)示意圖??１．３?ＳｉＣ材料的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)??１８２４年，瑞典科學(xué)家Ｊｏｎｓ?Ｊｏｃａｂ?Ｂｅｒｚｅｌｉｕｓ第一個(gè)合成了碳化桂（ＳｉＣ）??ｋ??材料，從此ＳｉＣ問世［２０］。ＳｉＣ是由相同數(shù)目的Ｓｉ和Ｃ原子組成的一種寬??帶隙半導(dǎo)體材料，Ｓｉ－Ｃ鍵高的結(jié)合度（約５?ｅＶ）使得ＳｉＣ化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，??具有髙硬度、高熱導(dǎo)率、大的臨界擊穿電嘗高的抗輻射能力以及快的飽??和漂移速率等優(yōu)良性質(zhì)，因此ＳｉＣ材料作為第三代寬帶隙半導(dǎo)體材料在高??頻、高溫等領(lǐng)域器件中具有廣闊的應(yīng)用前景。??如圖１．４是ＳｉＣ材料結(jié)構(gòu)基元的結(jié)構(gòu)示意圖，一個(gè)Ｓｉ原子與臨近的四??個(gè)Ｃ原子通過切３相連接，形成一個(gè)四面體結(jié)構(gòu)，并且Ｓｉ－Ｃ鍵長為１．８９?Ａ。??一般規(guī)定Ｓｉ－Ｃ鍵的方向?yàn)椋爿S方向，因此ＳｉＣ被視為在ｃ軸方向Ｓｉ－Ｃ雙??層構(gòu)成的晶體，沿著ｃ軸方向切割，會(huì)暴露出Ｓｉ面（Ｓｉ－ｆａｃｅ）和Ｃ面（Ｃ－ｆａｃｅ）??兩種不同的極性面，分別記為（０００１）和（〇〇〇Ｔ），如圖１．５所示。??５??


本文編號(hào)：3392385