介电衬底上石墨烯可控制备及生长机制研究
发布时间：2023-08-06 20:14
石墨烯具有优异的物理化学性质,在微电子、环境和能源等领域都有广阔的应用前景。作为一种新兴材料,石墨烯的规模化生产是其进一步发展的前提。十余年来,以过渡金属为衬底的化学气相沉积法在可控制备高质量石墨烯方面取得了很大进展。然而,金属表面生长的石墨烯必须转移到介电衬底上才能用于构筑电子器件。转移过程不仅繁琐,而且容易对石墨烯造成破损和污染。介电衬底表面的石墨烯生长技术能够与当前的硅加工工艺相兼容,简化器件加工流程,从根本上避免转移所带来的难题,是研究的重点领域。但是,石墨烯在介电衬底上生长时面临反应温度高、质量低等问题。本文通过改变碳源和引入金属催化剂等方法,降低了生长温度,在氮化硅、二氧化硅等衬底表面可控制备了不同类型的石墨烯。由于缺乏催化剂,石墨烯在介电衬底上生长时通常需要很高的反应温度(>1100 oC)。高温容易对衬底造成破坏,影响电子器件的性能。本文使用液态镓为催化剂,易分解的甲醇为碳源,直接在Si3N4/Si O2/Si表面制备了少层石墨烯薄膜,将生长温度降低到800 oC。研究表明,甲醇分子会在镓表面分解,所产生的碳原子扩散到镓与衬底的界面处并析出,形成石墨烯薄膜。Si3...
【文章页数】：145 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究背景
1.2 石墨烯
1.2.1 石墨烯的基本结构与性质
1.2.2 石墨烯及其衍生物
1.2.3 石墨烯的主要制备方法
1.3 介电衬底上石墨烯可控生长的研究进展
1.3.1 石墨烯单晶和薄膜的生长
1.3.2 直立石墨烯的生长
1.4 介电衬底上石墨烯的应用
1.4.1 平面石墨烯
1.4.2 直立石墨烯
1.5 课题研究意义及主要内容
1.5.1 课题研究意义
1.5.2 课题主要研究内容
第2章 实验材料与研究方法
2.1 实验材料与仪器设备
2.1.1 实验材料
2.1.2 实验仪器与设备
2.2 材料的制备方法
2.2.1 氮化硅表面低温制备石墨烯
2.2.2 无金属生长氮掺杂石墨烯
2.2.3 气态铜辅助CVD法生长直立石墨烯
2.2.4 石墨烯空心花的制备
2.3 材料的主要表征与分析方法
2.3.1 扫描电子显微镜表征
2.3.2 拉曼光谱表征
2.3.3 透射电子显微镜表征
2.3.4 原子力显微镜表征
2.3.5 X射线光电子能谱表征
2.3.6 近边X射线吸收精细结构表征
第3章 氮化硅表面低温制备本征石墨烯及其界面生长机制
3.1 引言
3.2 氮化硅上石墨烯薄膜的生长和表征
3.2.1 液态镓催化生长石墨烯薄膜
3.2.2 石墨烯薄膜的形貌和质量分析
3.3 石墨烯低温生长机制以及镓催化剂的重复使用
3.3.1 镓催化的石墨烯界面生长机制
3.3.2 影响石墨烯生长的因素
3.3.3 镓催化剂的回收与重复使用
3.4 无转移的石墨烯薄膜在构筑场效应晶体管中的应用
3.5 本章小结
第4章 二氧化硅上氮掺杂石墨烯可控制备及其电学传输特性研究
4.1 引言
4.2 二氧化硅上氮掺杂石墨烯的生长与表征
4.2.1 吡啶为碳源无金属制备氮掺杂石墨烯
4.2.2 氮掺杂石墨烯单晶及薄膜的形貌和质量
4.2.3 氮原子含量和结构类型研究
4.3 氮掺杂石墨烯的形貌和结构调控
4.3.1 氮掺杂石墨烯生长温度的探索和优化
4.3.2 氢气流量对石墨烯形貌和结构的调控
4.3.3 介电衬底种类对氮掺杂石墨烯单晶生长的影响
4.4 氮掺杂石墨烯薄膜电学传输特性研究
4.4.1 氮掺杂石墨烯薄膜场效应传输特性研究
4.4.2 理论计算研究氮掺杂类型对石墨烯传输类型的影响
4.5 本章小结
第5章 气态铜辅助氧化硅衬底上直立石墨烯的可控制备
5.1 引言
5.2 气态铜辅助CVD法在二氧化硅表面制备直立石墨烯
5.2.1 直立石墨烯的形貌
5.2.2 直立石墨烯生长过程及机制探讨
5.2.3 甲烷与氢气比例对石墨烯生长模式的影响
5.2.4 直立石墨烯在应变传感器中的应用
5.3 氧化硅空心球表面生长直立石墨烯并制备石墨烯空心花
5.3.1 氧化硅空心球表面直立石墨烯生长过程和机制研究
5.3.2 石墨烯空心花的形貌与结构分析
5.3.3 石墨烯空心花对有机染料和苯酚的吸附性能
5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
个人简历
本文编号：3839980
【文章页数】：145 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究背景
1.2 石墨烯
1.2.1 石墨烯的基本结构与性质
1.2.2 石墨烯及其衍生物
1.2.3 石墨烯的主要制备方法
1.3 介电衬底上石墨烯可控生长的研究进展
1.3.1 石墨烯单晶和薄膜的生长
1.3.2 直立石墨烯的生长
1.4 介电衬底上石墨烯的应用
1.4.1 平面石墨烯
1.4.2 直立石墨烯
1.5 课题研究意义及主要内容
1.5.1 课题研究意义
1.5.2 课题主要研究内容
第2章 实验材料与研究方法
2.1 实验材料与仪器设备
2.1.1 实验材料
2.1.2 实验仪器与设备
2.2 材料的制备方法
2.2.1 氮化硅表面低温制备石墨烯
2.2.2 无金属生长氮掺杂石墨烯
2.2.3 气态铜辅助CVD法生长直立石墨烯
2.2.4 石墨烯空心花的制备
2.3 材料的主要表征与分析方法
2.3.1 扫描电子显微镜表征
2.3.2 拉曼光谱表征
2.3.3 透射电子显微镜表征
2.3.4 原子力显微镜表征
2.3.5 X射线光电子能谱表征
2.3.6 近边X射线吸收精细结构表征
第3章 氮化硅表面低温制备本征石墨烯及其界面生长机制
3.1 引言
3.2 氮化硅上石墨烯薄膜的生长和表征
3.2.1 液态镓催化生长石墨烯薄膜
3.2.2 石墨烯薄膜的形貌和质量分析
3.3 石墨烯低温生长机制以及镓催化剂的重复使用
3.3.1 镓催化的石墨烯界面生长机制
3.3.2 影响石墨烯生长的因素
3.3.3 镓催化剂的回收与重复使用
3.4 无转移的石墨烯薄膜在构筑场效应晶体管中的应用
3.5 本章小结
第4章 二氧化硅上氮掺杂石墨烯可控制备及其电学传输特性研究
4.1 引言
4.2 二氧化硅上氮掺杂石墨烯的生长与表征
4.2.1 吡啶为碳源无金属制备氮掺杂石墨烯
4.2.2 氮掺杂石墨烯单晶及薄膜的形貌和质量
4.2.3 氮原子含量和结构类型研究
4.3 氮掺杂石墨烯的形貌和结构调控
4.3.1 氮掺杂石墨烯生长温度的探索和优化
4.3.2 氢气流量对石墨烯形貌和结构的调控
4.3.3 介电衬底种类对氮掺杂石墨烯单晶生长的影响
4.4 氮掺杂石墨烯薄膜电学传输特性研究
4.4.1 氮掺杂石墨烯薄膜场效应传输特性研究
4.4.2 理论计算研究氮掺杂类型对石墨烯传输类型的影响
4.5 本章小结
第5章 气态铜辅助氧化硅衬底上直立石墨烯的可控制备
5.1 引言
5.2 气态铜辅助CVD法在二氧化硅表面制备直立石墨烯
5.2.1 直立石墨烯的形貌
5.2.2 直立石墨烯生长过程及机制探讨
5.2.3 甲烷与氢气比例对石墨烯生长模式的影响
5.2.4 直立石墨烯在应变传感器中的应用
5.3 氧化硅空心球表面生长直立石墨烯并制备石墨烯空心花
5.3.1 氧化硅空心球表面直立石墨烯生长过程和机制研究
5.3.2 石墨烯空心花的形貌与结构分析
5.3.3 石墨烯空心花对有机染料和苯酚的吸附性能
5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
个人简历
本文编号：3839980
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxuehuagong/3839980.html
教材专著
