石墨烯(Graphene)有著優(yōu)異的電學性能、力學性能和光學性能,因此石墨烯在半導體器件、生物及力學傳感器件等方面有著廣泛的應用。但是傳統(tǒng)的化學氣相沉積法(CVD)在金屬催化劑上生長和轉移石墨烯通常會引起許多缺陷,如銅和石墨烯的熱膨脹系數(shù)不同,在降溫過程中,石墨烯薄膜收縮會產(chǎn)生表面裂紋。轉移過程中會引入有機物雜質(zhì)、由于外力引起薄膜破損,使制備的石墨烯器件質(zhì)量變差。本文針對石墨烯生長方法中存在的問題,較低溫(700～900 ℃)下使用等離子體輔助化學氣相沉積法(PECVD)在鍍鎳膜的絕緣襯底上直接制備了英寸級少層均質(zhì)無轉移石墨烯薄膜,其平均表面方阻大小為821 Ω/sq,透光率可以達到96.5%,這種石墨烯也可以在任意曲面上生長,在光電領域顯示了良好的應用前景。優(yōu)化后生長工藝參數(shù)中生長時間為10 min,銅膜厚度為25 nm,生長溫度為900℃,射頻功率為150 W,甲烷氣體流量為16 sccm。在無轉移石墨烯的生長過程中,石墨烯在現(xiàn)有的電化學拋光硅襯底附著力較差,形成的石墨烯薄膜容易脫落,因此加工出適合生長無轉移石墨烯的襯底尤為重要。本文研制了一種二氧化鈰作為添加劑的新型金剛石砂輪,對...

【文章頁數(shù)】：119 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１．２石墨烯的拉曼圖及其常見缺陷??Ｆｉｇ．?１．２?Ｔｈｅ?Ｒａｍａｎ?ｓｐｅｃｔｒｕｍ?ａｎｄ?ｃｏｍｍｏｎ?ｄｅｆｅｃｔｓ?ｏｆ?ｇｒａｐｈｅｎｅ［１０］??

轉移到絕緣襯底上時，會引入有機物雜質(zhì)導致薄膜破損，降低石墨烯的整體性能，制備??的石墨烯器件質(zhì)量變差［９］，并且生長過程中引入的氫氣還原氣體會刻蝕石墨烯邊緣，導??致碳原子缺失產(chǎn)生五元環(huán)從而引起缺陷［１（）］，如圖１．２所示，因此研宄生長高質(zhì)量無轉移??石墨燦的方法迫在眉睫。??....

圖１．３金屬催化劑對石墨烯表面形貌的影響??Ｆｉｇ．?１．３?Ｅｆｆｅｃｔｓ?ｏｆ?ｍｅｔａｌ?ｃａｔａｌｙｓｔ?ｏｎ?ｓｕｒｆａｃｅ?ｔｏｐｏｇｒａｐｈｙ?ｏｆ?ｇｒａｐｈｅｎｅ［１８］??

免轉移過程中引入的雜質(zhì)，但其對金屬催化劑及絕緣襯底如硅基板有著比較苛刻的粗糙??度及表面形貌要求。有文獻指出轉移后的石墨烯薄膜質(zhì)量不會受到金屬催化劑的影響［４］，??如圖１．３中，合成石墨烯的碳原子可以越過銅鎳等金屬催化劑的位錯、原子突起等缺陷??部位以及凸起、褶皺等微觀形貌［１....

圖1.4商用硅襯底上生長的無轉移石墨烯易脫落

，求達到納米甚至亞納米級別。另外內(nèi)部仍存在著較大的加工應力，故工藝不適用于無轉移石墨烯硅襯底的加工。??學機械拋光雖然可以在加工過程中通過化學腐蝕除去襯底表面損傷層，腐蝕拋光硅襯底超精密全局平坦化，但是化學機械拋光拋光過程時間定性較差，難以保證硅襯底的表面粗糙度達到要求，這會導致....

圖１．５采用機械剝離法制備石墨烯的表面形貌??Ｆｉｇ．?１．５?Ｓｕｒｆａｃｅ?ｔｏｐｏｇｒａｐｈｙ?ｏｆ?ｇｒａｐｈｅｎｅ?ｂｙ?ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ?ｅｘｆｏｌｉａｔｉｏｎ［２］??

單層石墨烯的厚度約為碳原子的直徑只有０．３３４?ｎｍ，具有蜂巢狀的六角晶格結構。??Ｇｅｉｍ組使用的機械剝離方法是將石墨置于透明膠帶上，由于石墨層之間的作用是微弱??的范德華力，反復粘貼可以將石墨烯薄片粘貼在膠帶上，再轉移到絕緣襯底上，如圖１．５??所示。這種方法的缺點是形成的單....

本文編號：3914953