本文關(guān)鍵詞：石墨烯器件的原子層沉積技術(shù)制備及電輸運(yùn)性能研究

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【摘要】：石墨烯因其高遷移率、高熱導(dǎo)率、高強(qiáng)度、高透明性和柔性等獨特性能引起了物理、化學(xué)、材料、電子等多領(lǐng)域的密切關(guān)注。作為自然界已知最薄的材料,石墨烯兼具很高的力學(xué)強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性,其在傳感、探測等功能器件領(lǐng)域的潛在應(yīng)用得到大量探索,成為國際上研究的熱點。氣相化學(xué)沉積是目前石墨烯制備的眾多方法中在大面積、高質(zhì)量控制上最有優(yōu)勢的方法,該方法也最容易與半導(dǎo)體微加工技術(shù)結(jié)合制備功能器件。然而,在以氣相化學(xué)沉積石墨烯為前驅(qū)制備石墨烯功能器件時,摻雜控制、介電層制備、復(fù)雜環(huán)境效應(yīng)等方面都有大量基礎(chǔ)的科學(xué)和技術(shù)問題需要深入研究。本論文在氣相化學(xué)沉積方法制備石墨烯的基礎(chǔ)上,主要以原子層沉積(ALD)技術(shù)作為石墨烯介電層制備手段,研究了石墨烯器件在不同介電基底、不同溫度、不同摻雜溶液環(huán)境下的性能和調(diào)控方法。論文主要的研究工作和結(jié)果有:開展了單層石墨烯的氣相化學(xué)沉積制備和摻雜性能調(diào)控研究。以氣相化學(xué)沉積方法制備了大面積石墨烯,拉曼光譜和掃描電鏡表征顯示其為單原子層晶體結(jié)構(gòu)。以腐蝕基底濕轉(zhuǎn)移法將石墨烯單層轉(zhuǎn)移到石英、硅片等基底上,構(gòu)筑了液柵調(diào)控場效應(yīng)管器件。研究了鹽溶液、聚乙烯亞胺分子等對石墨烯場效應(yīng)管器件的摻雜效應(yīng),電輸運(yùn)測試結(jié)果表明,與通常條件下很容易形成的p型摻雜不同,聚乙烯亞胺可以對石墨烯形成較穩(wěn)定的n型摻雜,從而能有效的調(diào)控石墨烯電學(xué)性質(zhì)。研究了利用原子層沉積技術(shù)制備石墨烯功能器件介電層的方法。原子層沉積是一種能夠從原子級別控制薄膜生長厚度和均勻性的工藝。由于石墨烯表面的疏水性和弱結(jié)合性,在石墨烯表面進(jìn)行原子層沉積有很多技術(shù)挑戰(zhàn)。本文采用低溫生長、低溫高溫混合生長、臭氧活化等不同方法在石墨烯表面沉積氧化鋁介電層,并在一系列不同基底上制備了石墨烯場效應(yīng)晶體管器件。電輸運(yùn)對比研究表明,液體環(huán)境對石墨烯器件輸出曲線的影響要遠(yuǎn)大于基底的影響。研究了石墨烯器件在高溫下的電學(xué)性能。系統(tǒng)研究了石墨烯在空氣和真空中電阻隨溫度的變化,發(fā)現(xiàn)石墨烯電阻均隨溫度升高均呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢,探討了電阻變化與石墨烯載流子特性及電極穩(wěn)定性的內(nèi)在關(guān)聯(lián)。發(fā)現(xiàn)在石墨烯表面沉積氮化硼或氧化鋁后,石墨烯在真空中的熱穩(wěn)定性明顯提高,但高溫下電極接觸的破壞仍是石墨烯器件失效的主要原因。
【關(guān)鍵詞】：石墨烯 化學(xué)氣相沉積 摻雜 原子層沉積 氧化鋁 場效應(yīng)晶體管 高溫性能
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TQ127.11
【目錄】：

• 摘要4-5
• abstract5-12
• 第一章 緒論12-30
• 1.1 引言12-13
• 1.2 石墨烯制備及性能13-15
• 1.2.1 石墨烯的制備方法13-14
• 1.2.2 石墨烯性能研究14-15
• 1.3 石墨烯摻雜15-19
• 1.4 石墨烯器件19-28
• 1.4.1 石墨烯晶體管器件19-20
• 1.4.2 其它器件20-22
• 1.4.3 器件介電層制備技術(shù)22-28
• 1.5 本論文的研究意義、研究方法和結(jié)果28-30
• 第二章 石墨烯器件制備和摻雜30-41
• 2.1 引言30
• 2.2 石墨烯的CVD生長30-34
• 2.2.1 拋光銅片30-31
• 2.2.2 CVD生長石墨烯31-33
• 2.2.3 生長后石墨烯質(zhì)量的表征33-34
• 2.3 轉(zhuǎn)移石墨烯及其器件制備34-36
• 2.3.1 轉(zhuǎn)移石墨烯至玻璃或載玻片上34-35
• 2.3.2 石墨烯液柵晶體管器件制備35-36
• 2.4 聚乙烯亞胺（PEI）摻雜石墨烯36-38
• 2.5 石墨烯的霍爾效應(yīng)38-40
• 2.6 本章小結(jié)40-41
• 第三章 原子層沉積輔助制備石墨烯器件41-56
• 3.1 引言41
• 3.2 ALD沉積原理41-43
• 3.3 ALD沉積Al2O3薄膜到石墨烯上43-49
• 3.3.1 沉積前準(zhǔn)備43-44
• 3.3.2 沉積Al2O3薄膜44-48
• 3.3.3 臭氧輔助沉積Al2O3薄膜48-49
• 3.4 不同基底的石墨烯晶體管器件的性能研究49-55
• 3.4.1 基底作用49-51
• 3.4.2 實驗部分51-55
• 3.5 總結(jié)55-56
• 第四章 石墨烯高溫性能研究56-65
• 4.1 引言56
• 4.2 石墨烯的變溫實驗56-59
• 4.3 ALD沉積Al2O3高溫保護(hù)BN59-62
• 4.4 石墨烯的高溫保護(hù)實驗62-64
• 4.5 總結(jié)64-65
• 第五章 總結(jié)和展望65-67
• 5.1 本文工作總結(jié)65-66
• 5.2 后續(xù)工作展望66-67
• 參考文獻(xiàn)67-76
• 致謝76-77
• 碩士期間論文發(fā)表（錄用）情況77

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