SiC基近自由态石墨烯制备及成核机理研究
发布时间：2021-08-04 12:32
石墨烯作为最早发现的单原子层的二维晶体,打破了经典二维热力学涨落理论。石墨烯是由C原子通过sp2杂化组成的六角形呈蜂窝状结构,而这种独特的结构赋予了石墨烯优异的力学、热学、光学以及电学性能,因此石墨烯在科研、能源、军事和信息等领域具有十分广阔的应用前景。自发现石墨烯以来,大量科研人员投身到石墨烯领域中。然而,时至今日,大面积、高质量石墨烯的工业化制备难题仍未得到彻底解决。在目前发展的诸多石墨烯制备方法中,碳化硅（SiC）外延法可以实现晶圆级大尺寸高质量石墨烯的制备,同时在后续石墨烯器件的制备中,不会因二次转移而引入新的杂质和缺陷,可以与目前半导体加工工艺相兼容,在微电子领域中显示出很大的应用潜力。与机械剥离和化学气相沉积法不同,SiC外延法生长石墨烯的原理是:在高温下SiC发生分解,Si原子优先升华,而C原子在表面富集并发生重构形成石墨烯。受生长机理的限制,SiC衬底Si面上生长的石墨烯,与衬底之间存在较强的耦合作用,这种作用极大地限制了石墨烯优异电学性能的发挥,阻碍了SiC外延法制备石墨烯的实际应用。因此,从SiC外延生长石墨烯的方法出发,结合晶体生长原理,研究新型石墨烯生长设备,探...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２石墨烯的晶体结构和成键形式图［１０］??
?山东大学硕士学位论文???－〇一?■?〇?一＇二卜??－?Ｃ＇－?‘以－士??－?ｒ一＇－?‘：：广：二、??ＡＡＡ?ＡＢＡ?ＡＢＣ??图１．３单层石墨烯堆叠成块状石墨的不同堆叠方式［１２］??Ｆｉｇｕｒｅ?１．３?ＡＡＡ，?ＡＢＡ，?ａｎｄ?ＡＢＣ?ｓｔａｃｋｉｎｇ?ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｓ?［１２］??１．２．３石墨烯的性质??石墨烯，作为人们在实验室中首次获得在室温下可以稳定存在的二维??材料，具有众多优异的物理性质。其中引起研究人员广泛？研宄的是石墨烯??的电学性质［１０］。图１．４为石墨烯的能带结构图，石墨烯中电子的动量与能??量具有线性的关系［１３，１４］，因而其导带与价带相交于布里渊区的Ｋ（Ｋ’）点，??具有零带隙半金属的特性。相对于薛定谔方程，其附近的电荷载流子与相??对论粒子相同，用２＋１维狄拉克方程来表示会更加的方便和准确［１５，１６］，??因此Ｋ（Ｋ’）点也被称为狄拉克点。在狄拉克点附近的石墨烯电子静止有效??质量为０，其运动速度可达到光速的三百分之一（１０６ｍ／ｓ）?［１１］。除此之外，??石墨烯Ｃ原子之间的相互作用力非常强，室温下，电子在石墨烯中传输时，??其受到的干扰很小不易发生散射，电子迀移率可高达２．５ｘｌ〇５?ｃｍ２／（Ｖｓ），??这一数值为硅的１００多倍［１７］。石墨烯的电导率为１０６Ｓ／ｍ，低于常见的金??属导体铜和银等，是室温下导电最好的材料。此外，由于石墨烯独特的无??质量狄拉克费米子特性，还可以观测到室温霍尔效应［１８］。??－２?〇?Ｐ?＾??Ｋ?４?￣４?＾??图〗．４紧束缚模型计算得到的石墨烯能带结构［１３］??４??
ｉ）形成多孔的复合结构，具有极强的氢气存??储能力，有望成为理想的储氢材料［２５］。??１．２．４石墨烯的制备方法??自２００４年石墨烯首次被发现以来，大量科研人员投身到石墨烯相关的??研究领域中，至今石墨烯及其相关的领域仍然是研究的热点。虽然十多年??来人们对石墨烯的了解有了长足的进步，但石墨烯这一新型碳材料仍未实??现大规模的工业化应用，其主要原因是迄今为仍未找到真正适合低成本大??规模工业化推广生产石墨烯的方法。目前，科研人员们己经发现了多种原??理不同的石墨烯制备方法，如图１．６所示［２６］：??ｉ?ｉ??ＭｅｃｈａｎｉｃａＪ?ｅｘｆｏｌｉａｔｉｏｎ??（ｒｅｓｅａｒｃｈ．??ＣＶＤ?ｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇ）??（ｃｏａｔｉｎｇ，?ｂｉｏ．?ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ??ｕ?ｗ?ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ?ｌａｙｅｒｓ．??螯?ｒ?ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，?「卿＂．念？？??？?ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ）??｜?ＣＳｗ．??Ｓｉｃ??（ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ．?Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ??ＲＦ?ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ）?ａｓｓｅｍｂｌｙ??（ｎａｎｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）??；＾?＾?ｙｍ?Ｌｉｑｕｉｄ－ｐｈａｓｅ?ｅｘｆｏｌｉａｔｉｏｎ??＊?＇?（ｃｏａｔｉｎｇ，?ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ，??ｉｎｋｓ，?ｅｎｅｒｇｙ?ｓｔｏｒａｇｅ．??＾?＾?ｂｉｏ，?ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ?ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ?ｌａｙｅｒｓ）??＇?—■?—????■?？??Ｐｒｉｃｅ?（ｆｏｒ?ｍａｓｓ?ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ）??图１．６几种不同制备石墨烯方法的对比图［２６］??Ｆｉｇｕｒｅ?１．６?Ｍｅ
【参考文献】：
博士论文
[1]SiC基晶圆级石墨烯材料新型制备技术及其性能研究[D]. 胡彦飞.西安电子科技大学 2017
[2]石墨烯的制备、表征及光电性质应用研究[D]. 许士才.山东师范大学 2014
硕士论文
[1]基于4H-SiC衬底选择性外延生长石墨烯[D]. 顾磊.西安电子科技大学 2014
本文编号：3321705
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２石墨烯的晶体结构和成键形式图［１０］??
?山东大学硕士学位论文???－〇一?■?〇?一＇二卜??－?Ｃ＇－?‘以－士??－?ｒ一＇－?‘：：广：二、??ＡＡＡ?ＡＢＡ?ＡＢＣ??图１．３单层石墨烯堆叠成块状石墨的不同堆叠方式［１２］??Ｆｉｇｕｒｅ?１．３?ＡＡＡ，?ＡＢＡ，?ａｎｄ?ＡＢＣ?ｓｔａｃｋｉｎｇ?ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｓ?［１２］??１．２．３石墨烯的性质??石墨烯，作为人们在实验室中首次获得在室温下可以稳定存在的二维??材料，具有众多优异的物理性质。其中引起研究人员广泛？研宄的是石墨烯??的电学性质［１０］。图１．４为石墨烯的能带结构图，石墨烯中电子的动量与能??量具有线性的关系［１３，１４］，因而其导带与价带相交于布里渊区的Ｋ（Ｋ’）点，??具有零带隙半金属的特性。相对于薛定谔方程，其附近的电荷载流子与相??对论粒子相同，用２＋１维狄拉克方程来表示会更加的方便和准确［１５，１６］，??因此Ｋ（Ｋ’）点也被称为狄拉克点。在狄拉克点附近的石墨烯电子静止有效??质量为０，其运动速度可达到光速的三百分之一（１０６ｍ／ｓ）?［１１］。除此之外，??石墨烯Ｃ原子之间的相互作用力非常强，室温下，电子在石墨烯中传输时，??其受到的干扰很小不易发生散射，电子迀移率可高达２．５ｘｌ〇５?ｃｍ２／（Ｖｓ），??这一数值为硅的１００多倍［１７］。石墨烯的电导率为１０６Ｓ／ｍ，低于常见的金??属导体铜和银等，是室温下导电最好的材料。此外，由于石墨烯独特的无??质量狄拉克费米子特性，还可以观测到室温霍尔效应［１８］。??－２?〇?Ｐ?＾??Ｋ?４?￣４?＾??图〗．４紧束缚模型计算得到的石墨烯能带结构［１３］??４??
ｉ）形成多孔的复合结构，具有极强的氢气存??储能力，有望成为理想的储氢材料［２５］。??１．２．４石墨烯的制备方法??自２００４年石墨烯首次被发现以来，大量科研人员投身到石墨烯相关的??研究领域中，至今石墨烯及其相关的领域仍然是研究的热点。虽然十多年??来人们对石墨烯的了解有了长足的进步，但石墨烯这一新型碳材料仍未实??现大规模的工业化应用，其主要原因是迄今为仍未找到真正适合低成本大??规模工业化推广生产石墨烯的方法。目前，科研人员们己经发现了多种原??理不同的石墨烯制备方法，如图１．６所示［２６］：??ｉ?ｉ??ＭｅｃｈａｎｉｃａＪ?ｅｘｆｏｌｉａｔｉｏｎ??（ｒｅｓｅａｒｃｈ．??ＣＶＤ?ｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇ）??（ｃｏａｔｉｎｇ，?ｂｉｏ．?ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ??ｕ?ｗ?ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ?ｌａｙｅｒｓ．??螯?ｒ?ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，?「卿＂．念？？??？?ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ）??｜?ＣＳｗ．??Ｓｉｃ??（ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ．?Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ??ＲＦ?ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ）?ａｓｓｅｍｂｌｙ??（ｎａｎｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）??；＾?＾?ｙｍ?Ｌｉｑｕｉｄ－ｐｈａｓｅ?ｅｘｆｏｌｉａｔｉｏｎ??＊?＇?（ｃｏａｔｉｎｇ，?ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ，??ｉｎｋｓ，?ｅｎｅｒｇｙ?ｓｔｏｒａｇｅ．??＾?＾?ｂｉｏ，?ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ?ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ?ｌａｙｅｒｓ）??＇?—■?—????■?？??Ｐｒｉｃｅ?（ｆｏｒ?ｍａｓｓ?ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ）??图１．６几种不同制备石墨烯方法的对比图［２６］??Ｆｉｇｕｒｅ?１．６?Ｍｅ
【参考文献】：
博士论文
[1]SiC基晶圆级石墨烯材料新型制备技术及其性能研究[D]. 胡彦飞.西安电子科技大学 2017
[2]石墨烯的制备、表征及光电性质应用研究[D]. 许士才.山东师范大学 2014
硕士论文
[1]基于4H-SiC衬底选择性外延生长石墨烯[D]. 顾磊.西安电子科技大学 2014
本文编号：3321705
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