發(fā)布時(shí)間：2023-08-06 20:14

　　石墨烯具有優(yōu)異的物理化學(xué)性質(zhì),在微電子、環(huán)境和能源等領(lǐng)域都有廣闊的應(yīng)用前景。作為一種新興材料,石墨烯的規(guī)�；a(chǎn)是其進(jìn)一步發(fā)展的前提。十余年來,以過渡金屬為襯底的化學(xué)氣相沉積法在可控制備高質(zhì)量石墨烯方面取得了很大進(jìn)展。然而,金屬表面生長(zhǎng)的石墨烯必須轉(zhuǎn)移到介電襯底上才能用于構(gòu)筑電子器件。轉(zhuǎn)移過程不僅繁瑣,而且容易對(duì)石墨烯造成破損和污染。介電襯底表面的石墨烯生長(zhǎng)技術(shù)能夠與當(dāng)前的硅加工工藝相兼容,簡(jiǎn)化器件加工流程,從根本上避免轉(zhuǎn)移所帶來的難題,是研究的重點(diǎn)領(lǐng)域。但是,石墨烯在介電襯底上生長(zhǎng)時(shí)面臨反應(yīng)溫度高、質(zhì)量低等問題。本文通過改變碳源和引入金屬催化劑等方法,降低了生長(zhǎng)溫度,在氮化硅、二氧化硅等襯底表面可控制備了不同類型的石墨烯。由于缺乏催化劑,石墨烯在介電襯底上生長(zhǎng)時(shí)通常需要很高的反應(yīng)溫度(>1100 oC)。高溫容易對(duì)襯底造成破壞,影響電子器件的性能。本文使用液態(tài)鎵為催化劑,易分解的甲醇為碳源,直接在Si3N4/Si O2/Si表面制備了少層石墨烯薄膜,將生長(zhǎng)溫度降低到800 oC。研究表明,甲醇分子會(huì)在鎵表面分解,所產(chǎn)生的碳原子擴(kuò)散到鎵與襯底的界面處并析出,形成石墨烯薄膜。Si3...

【文章頁數(shù)】：145 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 課題研究背景
    1.2 石墨烯
        1.2.1 石墨烯的基本結(jié)構(gòu)與性質(zhì)
        1.2.2 石墨烯及其衍生物
        1.2.3 石墨烯的主要制備方法
    1.3 介電襯底上石墨烯可控生長(zhǎng)的研究進(jìn)展
        1.3.1 石墨烯單晶和薄膜的生長(zhǎng)
        1.3.2 直立石墨烯的生長(zhǎng)
    1.4 介電襯底上石墨烯的應(yīng)用
        1.4.1 平面石墨烯
        1.4.2 直立石墨烯
    1.5 課題研究意義及主要內(nèi)容
        1.5.1 課題研究意義
        1.5.2 課題主要研究?jī)?nèi)容
第2章 實(shí)驗(yàn)材料與研究方法
    2.1 實(shí)驗(yàn)材料與儀器設(shè)備
        2.1.1 實(shí)驗(yàn)材料
        2.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備
    2.2 材料的制備方法
        2.2.1 氮化硅表面低溫制備石墨烯
        2.2.2 無金屬生長(zhǎng)氮摻雜石墨烯
        2.2.3 氣態(tài)銅輔助CVD法生長(zhǎng)直立石墨烯
        2.2.4 石墨烯空心花的制備
    2.3 材料的主要表征與分析方法
        2.3.1 掃描電子顯微鏡表征
        2.3.2 拉曼光譜表征
        2.3.3 透射電子顯微鏡表征
        2.3.4 原子力顯微鏡表征
        2.3.5 X射線光電子能譜表征
        2.3.6 近邊X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)表征
第3章 氮化硅表面低溫制備本征石墨烯及其界面生長(zhǎng)機(jī)制
    3.1 引言
    3.2 氮化硅上石墨烯薄膜的生長(zhǎng)和表征
        3.2.1 液態(tài)鎵催化生長(zhǎng)石墨烯薄膜
        3.2.2 石墨烯薄膜的形貌和質(zhì)量分析
    3.3 石墨烯低溫生長(zhǎng)機(jī)制以及鎵催化劑的重復(fù)使用
        3.3.1 鎵催化的石墨烯界面生長(zhǎng)機(jī)制
        3.3.2 影響石墨烯生長(zhǎng)的因素
        3.3.3 鎵催化劑的回收與重復(fù)使用
    3.4 無轉(zhuǎn)移的石墨烯薄膜在構(gòu)筑場(chǎng)效應(yīng)晶體管中的應(yīng)用
    3.5 本章小結(jié)
第4章 二氧化硅上氮摻雜石墨烯可控制備及其電學(xué)傳輸特性研究
    4.1 引言
    4.2 二氧化硅上氮摻雜石墨烯的生長(zhǎng)與表征
        4.2.1 吡啶為碳源無金屬制備氮摻雜石墨烯
        4.2.2 氮摻雜石墨烯單晶及薄膜的形貌和質(zhì)量
        4.2.3 氮原子含量和結(jié)構(gòu)類型研究
    4.3 氮摻雜石墨烯的形貌和結(jié)構(gòu)調(diào)控
        4.3.1 氮摻雜石墨烯生長(zhǎng)溫度的探索和優(yōu)化
        4.3.2 氫氣流量對(duì)石墨烯形貌和結(jié)構(gòu)的調(diào)控
        4.3.3 介電襯底種類對(duì)氮摻雜石墨烯單晶生長(zhǎng)的影響
    4.4 氮摻雜石墨烯薄膜電學(xué)傳輸特性研究
        4.4.1 氮摻雜石墨烯薄膜場(chǎng)效應(yīng)傳輸特性研究
        4.4.2 理論計(jì)算研究氮摻雜類型對(duì)石墨烯傳輸類型的影響
    4.5 本章小結(jié)
第5章 氣態(tài)銅輔助氧化硅襯底上直立石墨烯的可控制備
    5.1 引言
    5.2 氣態(tài)銅輔助CVD法在二氧化硅表面制備直立石墨烯
        5.2.1 直立石墨烯的形貌
        5.2.2 直立石墨烯生長(zhǎng)過程及機(jī)制探討
        5.2.3 甲烷與氫氣比例對(duì)石墨烯生長(zhǎng)模式的影響
        5.2.4 直立石墨烯在應(yīng)變傳感器中的應(yīng)用
    5.3 氧化硅空心球表面生長(zhǎng)直立石墨烯并制備石墨烯空心花
        5.3.1 氧化硅空心球表面直立石墨烯生長(zhǎng)過程和機(jī)制研究
        5.3.2 石墨烯空心花的形貌與結(jié)構(gòu)分析
        5.3.3 石墨烯空心花對(duì)有機(jī)染料和苯酚的吸附性能
    5.4 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果
致謝
個(gè)人簡(jiǎn)歷



本文編號(hào)：3839980