石墨烯作為最早發(fā)現(xiàn)的單原子層的二維晶體,打破了經(jīng)典二維熱力學(xué)漲落理論。石墨烯是由C原子通過(guò)sp2雜化組成的六角形呈蜂窩狀結(jié)構(gòu),而這種獨(dú)特的結(jié)構(gòu)賦予了石墨烯優(yōu)異的力學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)以及電學(xué)性能,因此石墨烯在科研、能源、軍事和信息等領(lǐng)域具有十分廣闊的應(yīng)用前景。自發(fā)現(xiàn)石墨烯以來(lái),大量科研人員投身到石墨烯領(lǐng)域中。然而,時(shí)至今日,大面積、高質(zhì)量石墨烯的工業(yè)化制備難題仍未得到徹底解決。在目前發(fā)展的諸多石墨烯制備方法中,碳化硅（SiC）外延法可以實(shí)現(xiàn)晶圓級(jí)大尺寸高質(zhì)量石墨烯的制備,同時(shí)在后續(xù)石墨烯器件的制備中,不會(huì)因二次轉(zhuǎn)移而引入新的雜質(zhì)和缺陷,可以與目前半導(dǎo)體加工工藝相兼容,在微電子領(lǐng)域中顯示出很大的應(yīng)用潛力。與機(jī)械剝離和化學(xué)氣相沉積法不同,SiC外延法生長(zhǎng)石墨烯的原理是:在高溫下SiC發(fā)生分解,Si原子優(yōu)先升華,而C原子在表面富集并發(fā)生重構(gòu)形成石墨烯。受生長(zhǎng)機(jī)理的限制,SiC襯底Si面上生長(zhǎng)的石墨烯,與襯底之間存在較強(qiáng)的耦合作用,這種作用極大地限制了石墨烯優(yōu)異電學(xué)性能的發(fā)揮,阻礙了SiC外延法制備石墨烯的實(shí)際應(yīng)用。因此,從SiC外延生長(zhǎng)石墨烯的方法出發(fā),結(jié)合晶體生長(zhǎng)原理,研究新型石墨烯生長(zhǎng)設(shè)備,探... 

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

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圖１．２石墨烯的晶體結(jié)構(gòu)和成鍵形式圖［１０］??

?山東大學(xué)碩士學(xué)位論文???－〇一?■?〇?一＇二卜??－?Ｃ＇－?‘以－士??－?ｒ一＇－?‘：：廣：二、??ＡＡＡ?ＡＢＡ?ＡＢＣ??圖１．３單層石墨烯堆疊成塊狀石墨的不同堆疊方式［１２］??Ｆｉｇｕｒｅ?１．３?ＡＡＡ，?ＡＢＡ，?ａｎｄ?ＡＢＣ?ｓｔａｃｋｉｎｇ?ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｓ?［１２］??１．２．３石墨烯的性質(zhì)??石墨烯，作為人們?cè)趯?shí)驗(yàn)室中首次獲得在室溫下可以穩(wěn)定存在的二維??材料，具有眾多優(yōu)異的物理性質(zhì)。其中引起研究人員廣泛？研宄的是石墨烯??的電學(xué)性質(zhì)［１０］。圖１．４為石墨烯的能帶結(jié)構(gòu)圖，石墨烯中電子的動(dòng)量與能??量具有線性的關(guān)系［１３，１４］，因而其導(dǎo)帶與價(jià)帶相交于布里淵區(qū)的Ｋ（Ｋ’）點(diǎn)，??具有零帶隙半金屬的特性。相對(duì)于薛定諤方程，其附近的電荷載流子與相??對(duì)論粒子相同，用２＋１維狄拉克方程來(lái)表示會(huì)更加的方便和準(zhǔn)確［１５，１６］，??因此Ｋ（Ｋ’）點(diǎn)也被稱為狄拉克點(diǎn)。在狄拉克點(diǎn)附近的石墨烯電子靜止有效??質(zhì)量為０，其運(yùn)動(dòng)速度可達(dá)到光速的三百分之一（１０６ｍ／ｓ）?［１１］。除此之外，??石墨烯Ｃ原子之間的相互作用力非常強(qiáng)，室溫下，電子在石墨烯中傳輸時(shí)，??其受到的干擾很小不易發(fā)生散射，電子迀移率可高達(dá)２．５ｘｌ〇５?ｃｍ２／（Ｖｓ），??這一數(shù)值為硅的１００多倍［１７］。石墨烯的電導(dǎo)率為１０６Ｓ／ｍ，低于常見(jiàn)的金??屬導(dǎo)體銅和銀等，是室溫下導(dǎo)電最好的材料。此外，由于石墨烯獨(dú)特的無(wú)??質(zhì)量狄拉克費(fèi)米子特性，還可以觀測(cè)到室溫霍爾效應(yīng)［１８］。??－２?〇?Ｐ?＾??Ｋ?４?￣４?＾??圖〗．４緊束縛模型計(jì)算得到的石墨烯能帶結(jié)構(gòu)［１３］??４??

ｉ）形成多孔的復(fù)合結(jié)構(gòu)，具有極強(qiáng)的氫氣存??儲(chǔ)能力，有望成為理想的儲(chǔ)氫材料［２５］。??１．２．４石墨烯的制備方法??自２００４年石墨烯首次被發(fā)現(xiàn)以來(lái)，大量科研人員投身到石墨烯相關(guān)的??研究領(lǐng)域中，至今石墨烯及其相關(guān)的領(lǐng)域仍然是研究的熱點(diǎn)。雖然十多年??來(lái)人們對(duì)石墨烯的了解有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但石墨烯這一新型碳材料仍未實(shí)??現(xiàn)大規(guī)模的工業(yè)化應(yīng)用，其主要原因是迄今為仍未找到真正適合低成本大??規(guī)模工業(yè)化推廣生產(chǎn)石墨烯的方法。目前，科研人員們己經(jīng)發(fā)現(xiàn)了多種原??理不同的石墨烯制備方法，如圖１．６所示［２６］：??ｉ?ｉ??ＭｅｃｈａｎｉｃａＪ?ｅｘｆｏｌｉａｔｉｏｎ??（ｒｅｓｅａｒｃｈ．??ＣＶＤ?ｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇ）??（ｃｏａｔｉｎｇ，?ｂｉｏ．?ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ??ｕ?ｗ?ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ?ｌａｙｅｒｓ．??螯?ｒ?ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，?「卿＂．念？？??？?ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ）??｜?ＣＳｗ．??Ｓｉｃ??（ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ．?Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ??ＲＦ?ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ）?ａｓｓｅｍｂｌｙ??（ｎａｎｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）??；＾?＾?ｙｍ?Ｌｉｑｕｉｄ－ｐｈａｓｅ?ｅｘｆｏｌｉａｔｉｏｎ??＊?＇?（ｃｏａｔｉｎｇ，?ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ，??ｉｎｋｓ，?ｅｎｅｒｇｙ?ｓｔｏｒａｇｅ．??＾?＾?ｂｉｏ，?ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ?ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ?ｌａｙｅｒｓ）??＇?—■?—????■?？??Ｐｒｉｃｅ?（ｆｏｒ?ｍａｓｓ?ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ）??圖１．６幾種不同制備石墨烯方法的對(duì)比圖［２６］??Ｆｉｇｕｒｅ?１．６?Ｍｅ

【參考文獻(xiàn)】：
博士論文
[1]SiC基晶圓級(jí)石墨烯材料新型制備技術(shù)及其性能研究[D]. 胡彥飛.西安電子科技大學(xué) 2017
[2]石墨烯的制備、表征及光電性質(zhì)應(yīng)用研究[D]. 許士才.山東師范大學(xué) 2014

碩士論文
[1]基于4H-SiC襯底選擇性外延生長(zhǎng)石墨烯[D]. 顧磊.西安電子科技大學(xué) 2014



本文編號(hào)：3321705