化学气相沉积法快速制备大面积的单晶石墨烯薄膜以及石墨烯基器件的性能研究

发布时间：2022-12-06 19:56

　　由于石墨烯有着出色的光学、力学和电学性能,因此被科学界誉为21世纪的新型纳米材料。自从化学气相沉积（CVD）法成功制备出高质量的石墨烯薄膜以来,CVD法制备石墨烯就成为了实验室的主流制备技术,然而由于制备大面积单晶石墨烯耗时长的缺点因此始终无法进行商业化生产,所以大尺寸的单晶石墨烯的实验室制备与实际应用之间还有着巨大的鸿沟。论文通过采用低压化学气相沉积设备（LPCVD）,调节对铜箔的预处理、退火和压强,分段控制甲烷和氢气的比例以及氧气的引入,在40分钟的时间内得到高质量大尺寸的单晶双层石墨烯薄膜。在形核和生长阶段前两次引入氧气,时间和流量分别为10 min/1 min和1.5 sccm/1 sccm,生长压强控制在150pa。使用扫描电镜可以明显的观测到石墨烯薄膜的尺寸大约在300um,通过拉曼表征可以看出为均匀的双层石墨烯。论文使用常规的光刻和蒸镀手段制备了石墨烯场效应晶体管（FET）并测试其载流子迁移率,通过计算得到制备的FET的载流子迁移率为4347 cm2 V-1s-1。利用生长得到的双层石墨烯制备了石墨烯基气敏传感器,并探究了紫外臭氧处理对石墨烯气敏传感器的性能影响。实验发现... 

【文章页数】：72 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
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第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 石墨烯的结构和性质
        1.2.1 石墨烯的结构
        1.2.2 石墨烯的基本性质
    1.3 石墨烯的制备方法
        1.3.1 氧化石墨还原法制备石墨烯
        1.3.2 微机械分离法制备石墨烯
        1.3.3 取向附生法制备石墨烯
        1.3.4 外延生长法制备石墨烯
        1.3.5 过渡族金属衬底化学气相沉积(CVD)法制备石墨烯
    1.4 石墨烯的转移
        1.4.1 溶液刻蚀法
        1.4.2 鼓泡转移法
        1.4.3 印章法转移
        1.4.4 PMMA溶铜湿法转移
    1.5 CVD法生长大尺寸高质量的石墨烯薄膜的研究进展
        1.5.1 CVD法制备石墨烯的相关研究
        1.5.2 化学气相沉积法制备单晶石墨烯的近期研究
        1.5.3 CVD法制备石墨烯的影响因素
    1.6 石墨烯的应用
    1.7 本文的意义以及主要的研究内容
第二章 实验仪器与表征
    2.1 实验原料及仪器设备
        2.1.1 实验材料及化学试剂
        2.1.2 实验仪器及设备
    2.2 主要制备设备简介
        2.2.1 化学气相沉积设备
        2.2.2 光刻设备
        2.2.3 真空蒸镀设备
        2.2.4 等离子体清洗设备
    2.3 实验表征方法
        2.3.1 光学显微镜
        2.3.2 扫描电子显微镜
        2.3.3 透射电子显微镜
        2.3.4 拉曼光谱分析
        2.3.5 电学性能表征
    2.4 本章小结
第三章 基于铜基底的单晶石墨烯的制备
    3.1 引言
    3.2 预处理及退火对金属衬底和石墨烯质量的影响
        3.2.1 预处理对金属衬底的影响
        3.2.2 退火条件对铜箔衬底的影响
    3.3 压强对石墨烯生长状况的影响
        3.3.1 实验部分
        3.3.2 测试表征与理论分析
    3.4 供应气体流量对石墨烯质量的影响
        3.4.1 石墨烯的生长机理
        3.4.2 实验部分
        3.4.3 表征和分析
        3.4.4 深入讨论气体供应比例以及氧气供应对石墨烯生长质量的影响
    3.5 本章小结
第四章 石墨烯基场效应管及气敏传感器的性能研究
    4.1 引言
    4.2 石墨烯FET的制备和测试分析
        4.2.1 石墨烯FET的制备
        4.2.2 石墨烯FET器件的性能测试和分析
    4.3 臭氧处理对石墨烯气敏传感器的性能影响
        4.3.1 石墨烯气敏传感器的制备与测试
        4.3.2 石墨烯气敏传感器的性能分析
    4.4 本章小结
第五章 总结与展望
参考文献
致谢
作者攻读硕士期间发表的论文


【参考文献】：
期刊论文
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[2]功能化石墨烯光电探测器研究进展[J]. 乔世英,李丹明.  真空与低温. 2018(06)
[3]石墨烯/氧化石墨烯的制备及吸附性能的研究进展[J]. 邢翠娟,夏爱清,董丽丽,王彩君,赵哲,王少倩,刘艳华,齐幸存.  广州化工. 2018(13)
[4]聚合物/石墨烯复合材料的多功能化研究进展[J]. 刘沙沙,贾仕奎,晋嘉琪,杨锦,郭香.  中国塑料. 2018(06)
[5]石墨烯能否助力石油圈[J]. 敏锐.  石油知识. 2018(02)
[6]石墨烯常用表征方法[J]. 陈政龙,潘恒沛,高灵清,杨晓,郭海霞.  理化检验(物理分册). 2018(02)
[7]石墨烯将推动电子材料与技术变革[J]. 林金堵.  印制电路信息. 2018(01)
[8]热还原石墨烯的制备及其表征[J]. 关贵清,李逸祺,施佳成,刘喆,黄光彩.  宁德师范学院学报(自然科学版). 2017(04)
[9]石墨烯及其复合材料的研究进展[J]. 廖婷婷,丁义超,鲜勇.  炭素. 2017(04)
[10]化学气相沉积制备毫米级单晶石墨烯的生长条件调控研究[J]. 周国庆,胡林,魏凌志,张发培.  功能材料. 2017(04)



本文编号：3711538