石墨烯是一種僅具有單層碳原子厚度的,具有多種優(yōu)異性能的二維材料,它在基礎(chǔ)理論研究和未來(lái)電子學(xué)領(lǐng)域都具有非常大的潛在應(yīng)用價(jià)值。石墨烯單晶薄膜缺陷少,無(wú)晶界,比多晶薄膜有更好的電學(xué)熱學(xué)和力學(xué)性質(zhì)。因此具有可控層數(shù)的大面積單晶石墨烯的快速生長(zhǎng)對(duì)于石墨烯器件的大規(guī)模集成具有重要意義。研究發(fā)現(xiàn),在銅基板上引入氧可以極大地提高石墨烯的生長(zhǎng)速率并降低石墨烯成核密度,該發(fā)現(xiàn)有利于高質(zhì)量大面積單晶石墨烯的制備。本文采用兩種不同的預(yù)氧化方式氧化銅基底,之后在含氧量不同的銅基底上進(jìn)行石墨烯單晶的生長(zhǎng),由此研究氧濃度對(duì)石墨烯生長(zhǎng)的影響。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在較高氧濃度的銅基底上生長(zhǎng)的石墨烯單晶的晶粒尺寸遠(yuǎn)小于在較低氧濃度的銅基底上生長(zhǎng)的石墨烯單晶。通過(guò)適當(dāng)?shù)乜刂沏~基底的氧化程度,在1050°C的生長(zhǎng)溫度下獲得毫米級(jí)石墨烯單晶。基于實(shí)驗(yàn)觀察和理論分析,揭示了氧在石墨烯單晶CVD生長(zhǎng)中的雙重作用:i)銅基底表面的氧有助于碳?xì)浠衔镌系姆纸?降低石墨烯的生長(zhǎng)勢(shì)壘,從而提高石墨烯的生長(zhǎng)速率,單位時(shí)間內(nèi)增大了石墨烯的晶粒尺寸;ii)銅基底表面過(guò)量的氧會(huì)導(dǎo)致石墨烯邊緣的刻蝕,會(huì)減小石墨烯單晶的尺寸。本研究為選擇含有合適氧濃度的催化... 

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石墨烯結(jié)構(gòu)圖

2020年華東師范大學(xué)碩士學(xué)位論文2因?yàn)槭┲挥幸粋�(gè)原子層的厚度，所以又可以叫做單原子層石墨。單層石墨烯的厚度大約為0.335nm，是除了金剛石以外所有碳晶體的基本結(jié)構(gòu)單元（例如：零維的富勒烯C60，一維的碳納米管，三維的石墨），如圖1.2所示。目前實(shí)驗(yàn)室制備的石墨烯可以根據(jù)層數(shù)來(lái)進(jìn)行分類(lèi)，可以分為：?jiǎn)螌印㈦p層、少層和多層。只有一層碳原子結(jié)構(gòu)的，定義為單層石墨烯；僅有兩層的，定義為雙層石墨烯；10層以下為少層石墨烯；10層以上為多層石墨烯。石墨烯層間的堆垛方式也不一樣，可以簡(jiǎn)單分層三類(lèi)：簡(jiǎn)單六角堆垛（AAA…）；Bernal堆垛（ABAB…）以及三角晶系堆垛（ABC…）[2]。單層石墨烯主要是AAA簡(jiǎn)單六角堆垛，雙層石墨烯和少層石墨烯中以AB-Bernal堆垛最為常見(jiàn)，在雙層石墨烯折疊處也會(huì)出現(xiàn)AAA簡(jiǎn)單六角堆垛[3,4]。ABC三角晶系堆垛方式有可能會(huì)出現(xiàn)在SiC外延生長(zhǎng)法和化學(xué)氣相沉積法制備的少層和多層石墨烯中[5,6]。圖1.2石墨烯基本結(jié)構(gòu)單元[7]。1.1.2石墨烯的性能因?yàn)槭┚哂谐錾碾妼W(xué)性能、力學(xué)性能、光學(xué)性能和熱學(xué)性能等，所以吸引了一大波科學(xué)家的研究興趣。目前石墨烯已經(jīng)成為一種新興的二維材料，廣泛用于基礎(chǔ)電子學(xué)研究，進(jìn)而開(kāi)發(fā)其在未來(lái)電子產(chǎn)品中的潛在應(yīng)用。

睦硐氬牧希?哂斜韌??銀更低的電阻率，約為10-6Ω·cm，已知是目前室溫下電阻值最低的材料。由于石墨烯具有非常高的密封性能，對(duì)任何氣體都具有不滲透性，所以電流密度得以高效維持，和銅相比，高了一百萬(wàn)倍。石墨烯獨(dú)特的電學(xué)性能，取決于其結(jié)構(gòu)的特異性。單層石墨烯和雙層石墨烯的電子能帶譜圖是相似的，相對(duì)來(lái)說(shuō)都是比較簡(jiǎn)單的，都是具有空穴和電子的零帶隙半導(dǎo)體。對(duì)于石墨烯能帶結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的研究，早在1947年，P.R.Wallance利用模型計(jì)算出了單晶石墨烯的能帶結(jié)構(gòu)[9]。之后利用緊束縛模型對(duì)石墨烯的能帶進(jìn)行描述，如圖1.3所示的石墨烯的能帶結(jié)構(gòu)圖。單點(diǎn)的零狀態(tài)，價(jià)帶和導(dǎo)帶相交，即在能態(tài)密度為零的Dirac點(diǎn)處相連。這種直接發(fā)生在本征費(fèi)米能級(jí)上的相連，會(huì)產(chǎn)生零隙半導(dǎo)體/半金屬特性。在Dirac點(diǎn)，DOS（收斂密度）為零，石墨烯中載流子表現(xiàn)為線性的能帶結(jié)構(gòu)，即電子能級(jí)E和動(dòng)量k是線性色散關(guān)系[10]。因此，在這里載流子的有效質(zhì)量為零，電子為無(wú)質(zhì)量Dirac費(fèi)米子，具有優(yōu)良的載體流動(dòng)性。據(jù)報(bào)道，石墨烯中的電子費(fèi)米速度可以高達(dá)106ms-1，是光速的三百分之一，因此石墨烯具有超強(qiáng)的電子遷移率。圖1.3石墨烯立體能帶圖[10]。


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