CVD石墨烯的鼓泡法转移及其上CLD氧化铝的可行性研究

发布时间：2017-03-20 22:11

  本文关键词：CVD石墨烯的鼓泡法转移及其上CLD氧化铝的可行性研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：石墨烯作为一种单层碳原子材料,可以表现出超高的载流子迁移率。CVD是最适合工业化生产石墨烯的方法,但面临一个技术瓶颈就是如何无损、可重复地转移到其他衬底之上。电化学鼓泡法转移石墨烯成本低,环保,具有较高应用价值,但目前仍有损坏大、重复性差之弱点。本论文系统研究了其机理,提出了氢离子和水正面穿透PMMA是造成石墨烯破损主要原因的看法,并相应设计了新的空气阻挡层的新方法,果然观察到了一定的质量提高和重复性提高。石墨烯场效应晶体管GFET,在高频电路、探测器等方面应用前景广阔。而制备高性能GFET,在石墨烯上制备高k介质层(如氧化铝)的工艺就显得十分重要。然而目前在石墨烯表面制备氧化铝薄膜的工艺,例如原子层沉积、物理气相沉积等,工艺复杂,投资大,且原子层沉积法很难再石墨烯表面成核。因此,本文在研究鼓泡法机理并取得技术进步之后,继而进行了鼓泡法转移石墨烯表面CLD氧化铝可行性研究。氧化铝具有良好且稳定的物理、化学特性,在光电子学、固体电子学、微机电系统(MEMS)等方面得到大规模运用。传统制备的氧化物薄膜的办法,投资大、设备复杂、工艺难以控制。1988年Hirotsugu Nagayama等人首次发表运用化学液相沉积Chemical Liquid Phase Deposition(CLD)制备氧化硅薄膜的方法。2004年Sun等人提出用无氟CLD法在GaAs表面制备氧化铝薄膜的工艺,之后Basu等人相继运用CLD法-在GaN,AlGaAs/In GaAs表面生长氧化铝薄膜。化学液相法具有设备简单,投资小,生长薄膜均匀等优点。本文具体内容如下:1、提出传统电化学鼓泡法转移石墨烯的工艺中,氢离子和水正面穿透PMMA是造成石墨烯破损主要原因的看法;2、在传统的电化学鼓泡法的设计基础上,提出了用密闭空腔来阻挡溶液中的水和H+离子透过PMMA,进而透过石墨烯的转移方案,避免了透过的水和H+离子在石墨烯的上下表面生成H2气泡从而使石墨烯产生破洞、褶皱和断裂。对转移后的石墨烯进行的拉曼光谱、扫描电镜、原子力显微镜以及电子迁移率检测,证明了转移后的石墨烯拥有较高的质量。说明此方法一定程度上提高了工艺的重复性和可靠性,在工业上进行大面积石墨烯转移方面具有应用前景。3、探究化学液相法在未经处理的石墨烯表面淀积氧化铝薄膜的可行性。以十八水和硫酸铝与碳酸氢钠为原料配制生长液,保持水浴30℃淀积若干小时,通过光学显微镜观测形貌,并测量器导电性。实验结果表面,石墨烯表面没有Al(OH)3基团附着,以硫酸铝和氢氧化钠为原料的化学液相法很难在未经处理的石墨烯表面淀积氧化铝薄膜。因此,除非对石墨烯进行表面改性,否则CLD氧化铝在鼓泡法转移的石墨烯表面生长难以成核,不具备可行性。4、采用化学液相法在N型砷化镓表面成功生长氧化铝薄膜,生长液粒度分析结果显示,在生长液中Al(OH)3胶体已经形成;光学显微镜、扫描电镜观测到薄膜表面呈现小颗粒聚集,提出化学液相沉积法淀积氧化铝薄膜的机理有可能为胶体沉聚。
【关键词】：氧化铝薄膜 化学液相沉积 石墨烯 密闭空腔阻挡层 电化学鼓泡法
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN386;TQ127.11
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-21
• 1.1 引言11-12
• 1.2 石墨烯简介12-13
• 1.3 氧化铝薄膜的基本结构与性质13-15
• 1.4 氧化铝薄膜的应用前景15-16
• 1.4.1 光学领域的应用15
• 1.4.2 微电子领域的应用15-16
• 1.4.3 机械领域的应用16
• 1.5 石墨烯场晶体管（GFET）简介16-18
• 1.6 性能表征手段18-19
• 1.6.1 光学显微镜18
• 1.6.2 扫描电子显微镜SEM18
• 1.6.3 拉曼光谱18-19
• 1.6.4 原子力显微镜AFM19
• 1.6.5 粒度分析仪19
• 1.7 论文主要研究内容19-21
• 第2章 石墨烯的制备与转移21-29
• 2.1 石墨烯的制备方法21-24
• 2.1.1 物理法21-22
• 2.1.2 化学法22-24
• 2.1.3 制备石墨烯的其他方法24
• 2.2 CVD石墨烯的常规转移工艺24-26
• 2.2.1 干法转移24-25
• 2.2.2 腐蚀基底法25-26
• 2.3 电化学鼓泡法转移石墨烯26-27
• 2.4 本章小结27-29
• 第3章 密闭空腔阻挡层电化学鼓泡法转移石墨烯29-41
• 3.1 设计思路的提出29-30
• 3.2 实验方法30-34
• 3.2.1 实验试剂、装置及样品30-31
• 3.2.2 改进的石墨烯上层支撑结构31-33
• 3.2.3 实验步骤33-34
• 3.3 结果及表征34-39
• 3.3.1 鼓泡分离时间34-35
• 3.3.2 光学显微镜与扫描电镜35-36
• 3.3.3 拉曼光谱36-37
• 3.3.4 原子力显微镜37
• 3.3.5 载流子迁移率37-39
• 3.4 本章小结39-41
• 第4章 氧化铝的制备41-51
• 4.1 氧化铝的常用制备方法41-46
• 4.1.1 气相法41-43
• 4.1.2 液相法43-45
• 4.1.3 固相法45-46
• 4.2 石墨烯表面氧化铝薄膜常用制备方法46-49
• 4.2.1 物理组装法47
• 4.2.2 物理气相沉积法47
• 4.2.3 原子层沉积法47-49
• 4.3 本章小结49-51
• 第5章 化学液相法淀积氧化铝薄膜51-57
• 5.1 实验装置、样品与试剂51-52
• 5.2 淀积微观机制的提出52-53
• 5.3 实验结果与表征53-55
• 5.4 本章小结55-57
• 第6章 石墨烯上CLD氧化铝薄膜探究57-61
• 6.1 石墨烯的制备与转移57
• 6.2 工艺方法与步骤57-58
• 6.3 实验结果与分析58-59
• 6.4 CLD法在石墨烯表面淀积氧化铝薄膜的新设想59
• 6.5 本章小结59-61
• 结论61-63
• 参考文献63-70
• 攻读硕士学位期间所发表的学术论文70-72
• 致谢72

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