本文關(guān)鍵詞：聚焦離子束下圖形化對單層石墨烯性能影響的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：石墨烯是碳的同素異形體的基本組成單元,具有獨特的平面二維結(jié)構(gòu)。由于其優(yōu)異的電學(xué)、光學(xué)和機械性能,石墨烯成為新型材料領(lǐng)域的研究熱點�；谑┑钠骷ǔＪ遣捎秒娮邮饪探Y(jié)合等離子刻蝕的方法制備的。然而,電子束光刻過程中使用的光刻膠會污染石墨烯表面并降低其傳輸特性。聚焦離子束(Focused ion beam,FIB)刻蝕是半導(dǎo)體工業(yè)廣泛使用的加工工藝,具有高加工精度的同時不需要進行旋涂光刻膠處理,能夠避免對石墨烯造成的損傷。本文采用聚焦離子束系統(tǒng)下的鎵離子束對單層石墨烯進行圖形化處理,借助拉曼光譜儀(Raman spectroscopy,RS)和原子力顯微鏡(Atom force microscope,AFM)對石墨烯進行表征,通過改變離子滯留時間研究不同劑量的鎵離子對單層石墨烯性能造成的影響。采用化學(xué)氣相沉積法制備石墨烯,并將其轉(zhuǎn)移到目標襯底上。采用RS對輻照前后的石墨烯進行Raman光譜表征。表明:原始石墨烯呈現(xiàn)出典型的單層石墨烯的Raman光譜;隨著離子劑量的增加,D峰和G峰的比值先增大后減小,G峰和2D峰的半峰寬增大,同時G峰和2D峰峰強逐漸減弱。離子輻照造成石墨烯中缺陷密度增加,導(dǎo)致D峰增強,同時造成石墨烯晶格紊亂,導(dǎo)致G峰和2D峰強度減弱、半峰寬增加。當缺陷發(fā)生聚集時,非晶化區(qū)域增多,石墨烯特征峰逐漸減弱。采用AFM下的峰值力輕敲模式,分別對離子輻照前后石墨烯的表面形貌進行表征。表明:隨著離子劑量增加,石墨烯的表面粗糙度先減小后增大。當離子劑量較小時,離子濺射碳原子并轟擊表面雜質(zhì),導(dǎo)致大尺寸雜質(zhì)減少,再加上離子輻照時的熱退火作用減少表面吸附物,導(dǎo)致石墨烯的表面粗糙度減小。繼續(xù)增大劑量,懸掛鍵增多,形成碳氫化合物堆積,同時離子輻照使石墨烯表面產(chǎn)生褶皺,因此石墨烯的表面粗糙度增大。采用AFM下的掃描電容模塊和開爾文探針模塊表征離子輻照前后石墨烯的電學(xué)性能和功函數(shù)的變化。表明:石墨烯樣品的電容信號減小,石墨烯的功函數(shù)先增大后減小。鎵離子輻照導(dǎo)致石墨烯的缺陷密度增加,石墨烯發(fā)生金屬-絕緣體轉(zhuǎn)變,導(dǎo)致電容信號減弱。與此同時石墨烯本征結(jié)構(gòu)的改變使石墨烯的功函數(shù)發(fā)生改變。離子打斷石墨烯的碳碳鍵形成懸掛鍵,吸附空氣中的摻雜物并發(fā)生電子轉(zhuǎn)移,導(dǎo)致石墨烯p型摻雜,使石墨烯的功函數(shù)增加。隨后,石墨烯轉(zhuǎn)變?yōu)橥耆珶o定形碳,導(dǎo)致石墨烯的功函數(shù)下降。
【關(guān)鍵詞】：單層石墨烯 鎵離子輻照 圖形化 Raman特性 掃描電容 功函數(shù)
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ127.11
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 緒論11-26
• 1.1 引言11-12
• 1.2 石墨烯的結(jié)構(gòu)及特性12-18
• 1.2.1 石墨烯的結(jié)構(gòu)12-16
• 1.2.2 石墨烯的電學(xué)性能16
• 1.2.3 石墨烯的力學(xué)性能16-17
• 1.2.4 石墨烯的熱學(xué)性質(zhì)17-18
• 1.3 石墨烯的應(yīng)用18-23
• 1.3.1 石墨烯傳感器18-19
• 1.3.2 導(dǎo)熱散熱材料19-20
• 1.3.3 能源存儲20-22
• 1.3.4 特種涂料22-23
• 1.4 石墨烯圖形化的研究現(xiàn)狀23-25
• 1.5 本文的研究內(nèi)容25-26
• 第二章 石墨烯的制備和表征26-38
• 2.1 石墨烯的制備26
• 2.2 CVD法石墨烯的生長過程26-28
• 2.2.1 石墨烯的生長機制26-28
• 2.2.2 石墨烯的生長過程28
• 2.3 石墨烯的轉(zhuǎn)移28-30
• 2.4 Raman表征30-35
• 2.4.1 Raman表征的原理30-32
• 2.4.2 石墨烯的拉曼光譜32-34
• 2.4.3 實驗儀器34-35
• 2.5 AFM表征35-37
• 2.5.1 AFM表征的原理35-36
• 2.5.2 實驗儀器36-37
• 2.6 本章小結(jié)37-38
• 第三章 鎵離子輻照對石墨烯的Raman光譜和表面形貌的影響38-55
• 3.1 引言38-39
• 3.2 FIB系統(tǒng)39-41
• 3.2.1 FIB系統(tǒng)的工作原理39-40
• 3.2.2 實驗儀器40-41
• 3.3 實驗41
• 3.4 鎵離子輻照的分子動力學(xué)仿真41-47
• 3.5 結(jié)果與分析47-54
• 3.5.1 鎵離子輻照前石墨烯的Raman光譜47-49
• 3.5.2 鎵離子輻照后石墨烯的Raman光譜49-52
• 3.5.3 鎵離子輻照后石墨烯的表面形貌52-54
• 3.6 本章小結(jié)54-55
• 第四章 鎵離子輻照對石墨烯的電學(xué)性能和功函數(shù)的影響55-66
• 4.1 實驗55
• 4.2 實驗儀器和測試原理55-57
• 4.2.1 實驗儀器55-56
• 4.2.2 測試原理56-57
• 4.3 結(jié)果與討論57-65
• 4.3.1 鎵離子對石墨烯電學(xué)性能的影響57-60
• 4.3.2 小劑量鎵離子輻照后石墨烯的電學(xué)性能和功函數(shù)60-64
• 4.3.3 大劑量鎵離子輻照后石墨烯的電學(xué)性能和功函數(shù)64-65
• 4.4 本章小結(jié)65-66
• 第五章 總結(jié)與展望66-68
• 5.1 總結(jié)66-67
• 5.2 展望67-68
• 參考文獻68-75
• 致謝75-76
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及其他科研成果76

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