CVD法制备石墨烯及其光电性能研究
石墨烯(Graphene)是具有独特晶体结构的二维材料。因其优良的透光性和超高的电子迁移率等优势,在光电器件和半导体领域中有广阔的应用前景。为了发挥石墨烯的诸多优良性能,高质量的石墨烯则是必不可少的。本文基于化学气相沉积(CVD)法,以铜箔为生长衬底,CH4为碳源,H2为还原性气体,在低压条件下制备石墨烯。研究了石墨烯生长过程中的衬底质量以及碳源浓度对石墨烯质量的影响。并通过扫描电镜、拉曼光谱等方法对石墨烯薄膜进行表征,同时测试了石墨烯的薄膜透光率以及方阻。最后选择综合性能优异的石墨烯加工成石墨烯场效应晶体管(GFET),并对其电学性能...
石墨烯(Graphene)是具有独特晶体结构的二维材料。因其优良的透光性和超高的电子迁移率等优势,在光电器件和半导体领域中有广阔的应用前景。为了发挥石墨烯的诸多优良性能,高质量的石墨烯则是必不可少的。本文基于化学气相沉积(CVD)法,以铜箔为生长衬底,CH4为碳源,H2为还原性气体,在低压条件下制备石墨烯。研究了石墨烯生长过程中的衬底质量以及碳源浓度对石墨烯质量的影响。并通过扫描电镜、拉曼光谱等方法对石墨烯薄膜进行表征,同时测试了石墨烯的薄膜透光率以及方阻。最后选择综合性能优异的石墨烯加工成石墨烯场效应晶体管(GFET),并对其电学性能进行研究,为石墨烯微电子器件的应用提供了实验基础。
  本研究主要内容包括:⑴探究了铜衬底退火前后对石墨烯薄膜生长质量的影响。发现石墨烯在退火后的铜箔上生长的质量要优于退火前,铜箔退火后石墨烯薄膜的连续性和平整度均有较大幅度的提高。⑵研究了CH4-浓度对石墨烯薄膜质量的影响。研究发现,随着CH4浓度的升高,石墨烯的成膜效果越来越好。当CH4浓度达到30sccm时,所生长的石墨烯为单层石墨烯薄膜,且薄膜均一性达到最好,成膜缺陷降到最低。继续升高CH4浓度则出现多层石墨烯的区域,导致薄膜质量下降。⑶对所制备的石墨烯进行了透光率和薄膜方阻的测试。结果表明,本实验所制备的石墨烯具有较高的透光率(92.7%-95.5%)和较低的方阻(142.2-435.2Ω/sq)。⑷在实验制备的高质量的单层石墨烯薄膜表面附着掩膜版,采用真空蒸镀工艺将石墨烯加工成场效应晶体管,并对其电子迁移率、开关比(on/off)等电学性能进行测试。通过对输出特性曲线和转移特性曲线的分析,发现GFET呈现P型输运性质。在低压的环境下石墨烯的电子迁移率最高,随着温度的降低,石墨烯的狄拉克点逐渐左移,开关比不断增大。
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作者: 曹兴宇
学科专业: 物理学
授予学位: 硕士
学位授予单位: 哈尔滨理工大学
导师姓名: 姜久兴
学位年度: 2017
语 种: chi
分类号: O484.1 O484.4
在线出版日期: 2017年6月12日