石墨烯的制备及其外延GaN的研究
发布时间：2021-06-26 05:57
石墨烯具有的优异物理和化学性质使其自被发现以来就获得产学研界的广泛关注与研究。目前制备石墨烯的方法众多,在这众多制备石墨烯的工艺方法中,等离子体增强化学气相沉积法（PECVD）脱颖而出,它具有制备温度低,速度快的特点,能够更灵活的选择衬底材料。基于PECVD技术在非催化衬底上制备石墨烯已经成为一个重点研究方向。氮化镓（GaN）作为第三代宽禁带半导体材料,由于其优异的光电性能及稳定性,使其在高频高功率电力电子器件和5G通讯等方面具有广阔的应用前景。GaN同质衬底的缺乏使得GaN的制备依旧依靠蓝宝石（Al2O3）、硅（Si）和碳化硅（SiC）等异质外延材料,异质外延不可避免会带来晶格失配和热失配影响晶体质量,进一步影响GaN器件的性能。石墨烯由于层间是范德华作用,石墨烯上外延GaN不仅能消除晶格失配的影响,提升薄膜的晶体质量,还能允许薄膜从石墨烯上剥离并容易转移到其它衬底。因此,在基于PECVD制备的石墨烯上外延GaN具有重要意义。本论文针对在Al2O3衬底上使用PECVD制备石墨烯,并通过磁控溅射在石墨烯上制备氮化铝（AlN）缓冲层以及使用金属有机化学气相沉积（MOCVD）进一步制备Ga...
【文章来源】：苏州大学江苏省
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１４１??石墨烯在电学、热学、力学，光学方面的优异特性得益于其独特的晶体结构，石??
石墨烯的制备及其外延ＧａＮ的研宄?第－－章??高的载流子迁移率，是目前己知材料中载流子迁移率最高的材料，在特定条件下，载??流子迁移率理论上可达到２５００００ｃｍ２／（Ｖ＿ｓ）［５］，是硅材料的１０ＣＭ０００倍。石墨烯的电??阻率很低，大概为ｌ〇－６ｔ＞ｃｍ，是目前存在的所有物质中在室温时电阻率最低的材料??［６】。此外，两个石墨烯层相对于彼此扭曲一定角度（１．１°），由于强的层间耦合，接近??零费米能量的电子能带结构变得平坦，通过电可调谐性获得平坦带，通过扭转角实现??带宽可调谐性，可为更奇特的相关系统铺平道路，例如非常规的超导体和量子自旋液??体［７］〇??（ａ）?－Ｉ??（ｂ）??图１－２石墨烯的能带结构ＰＩ??２．光学性质??石墨烯由于其独特的能带结构，具有非常高的光学透过率，单层石墨烯可见光透??过率达到９７．７％［９】。在层数较少的情况下，可以利用石墨烯的光学透过率并结合石墨??烯每层２．３％的吸收率计算其层数。鉴于石墨烯优异的电学和光学性质，可以将石墨??烯用作透明电极，在很大程度上可以取代传统氧化铟锡（ＩＴＯ）材料。同时，石墨烯??具有类金属的性质，可以用于超表面结构中，利用等离子基元实现光调制功能。也可??以通过外加电场调节石墨烯的费米能级，改变折射率，从而改变响应波长，实现光开??关和光调制器的功能。目前，基于石墨烯响应的可调宽波段光学调制器己经有相关研??宄［１０］〇??３??
第一章?石墨烯的制备及其外延ＧａＮ的研究??０?２５?５０??ｄｉｓｔａｎｃｅ?〇ｉｍ）??图１－３⑷单层与双层石墨嫌的光学透过率测试图ｌ１１丨；（ｂ）２８５ｎｍ厚Ｓｉ０２?（Ｓｉ０２／Ｓｉ）上一??层，二层，三层和四层石墨烯的光学图像Ａ??３．热学性质??石墨烯具有十分优异热传导性能，在热能传输中损耗小，单层无缺陷的石墨烯的??导热系数达到５３００?Ｗ／ｍＫ，是目前报道的热导系数最高的碳材料［１３］。其数值远高于??目前导热系数高的铜、铝和金等金属。所以石墨烯可以作为一种导热材料，改善大功??率器件的散热问题，增加器件的使用寿命。??４？力学性质??石墨烯具有超高的强度，杨氏模量可达ｌ．ＯＴＰａ，固有的拉伸强度为１３０ＧＰａ，弹??性刚度约为３３５?Ｎ／ｍ２，是目前己知材料中硬度最高的材料［１４］。石墨烯优异的力学性??能使得拥有广阔的应用前景，如压力传感器、谐振器等。也可以用于复合材料中，优??异的机械性能、质量小和可弯曲度使其具有用于航空航天领域潜力。此外，石墨烯具??有超疏水性和超亲油性，结合结构设计，可以用作水的净化和环境保护。??鉴于石墨烯优异的电、光、热、力性能，使其从众多材料中脱颖而出，吸引着广??大的科研人员和产业界的人士对其进行探索、研究。??４??
【参考文献】：
期刊论文
[1]Ultrafast epitaxial growth of metre-sized single-crystal graphene on industrial Cu foil[J]. Xiaozhi Xu,Zhihong Zhang,Jichen Dong,Ding Yi,Jingjing Niu,Muhong Wu,Li Lin,Rongkang Yin,Mingqiang Li,Jingyuan Zhou,Shaoxin Wang,Junliang Sun,Xiaojie Duan,Peng Gao,Ying Jiang,Xiaosong Wu,Hailin Peng,Rodney S. Ruoff,Zhongfan Liu,Dapeng Yu,Enge Wang,Feng Ding,Kaihui Liu. Science Bulletin. 2017(15)
[2]石墨烯的化学气相沉积生长与过程工程学研究[J]. 邹志宇,戴博雅,刘忠范. 中国科学:化学. 2013(01)
本文编号：3250769
【文章来源】：苏州大学江苏省
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１４１??石墨烯在电学、热学、力学，光学方面的优异特性得益于其独特的晶体结构，石??
石墨烯的制备及其外延ＧａＮ的研宄?第－－章??高的载流子迁移率，是目前己知材料中载流子迁移率最高的材料，在特定条件下，载??流子迁移率理论上可达到２５００００ｃｍ２／（Ｖ＿ｓ）［５］，是硅材料的１０ＣＭ０００倍。石墨烯的电??阻率很低，大概为ｌ〇－６ｔ＞ｃｍ，是目前存在的所有物质中在室温时电阻率最低的材料??［６】。此外，两个石墨烯层相对于彼此扭曲一定角度（１．１°），由于强的层间耦合，接近??零费米能量的电子能带结构变得平坦，通过电可调谐性获得平坦带，通过扭转角实现??带宽可调谐性，可为更奇特的相关系统铺平道路，例如非常规的超导体和量子自旋液??体［７］〇??（ａ）?－Ｉ??（ｂ）??图１－２石墨烯的能带结构ＰＩ??２．光学性质??石墨烯由于其独特的能带结构，具有非常高的光学透过率，单层石墨烯可见光透??过率达到９７．７％［９】。在层数较少的情况下，可以利用石墨烯的光学透过率并结合石墨??烯每层２．３％的吸收率计算其层数。鉴于石墨烯优异的电学和光学性质，可以将石墨??烯用作透明电极，在很大程度上可以取代传统氧化铟锡（ＩＴＯ）材料。同时，石墨烯??具有类金属的性质，可以用于超表面结构中，利用等离子基元实现光调制功能。也可??以通过外加电场调节石墨烯的费米能级，改变折射率，从而改变响应波长，实现光开??关和光调制器的功能。目前，基于石墨烯响应的可调宽波段光学调制器己经有相关研??宄［１０］〇??３??
第一章?石墨烯的制备及其外延ＧａＮ的研究??０?２５?５０??ｄｉｓｔａｎｃｅ?〇ｉｍ）??图１－３⑷单层与双层石墨嫌的光学透过率测试图ｌ１１丨；（ｂ）２８５ｎｍ厚Ｓｉ０２?（Ｓｉ０２／Ｓｉ）上一??层，二层，三层和四层石墨烯的光学图像Ａ??３．热学性质??石墨烯具有十分优异热传导性能，在热能传输中损耗小，单层无缺陷的石墨烯的??导热系数达到５３００?Ｗ／ｍＫ，是目前报道的热导系数最高的碳材料［１３］。其数值远高于??目前导热系数高的铜、铝和金等金属。所以石墨烯可以作为一种导热材料，改善大功??率器件的散热问题，增加器件的使用寿命。??４？力学性质??石墨烯具有超高的强度，杨氏模量可达ｌ．ＯＴＰａ，固有的拉伸强度为１３０ＧＰａ，弹??性刚度约为３３５?Ｎ／ｍ２，是目前己知材料中硬度最高的材料［１４］。石墨烯优异的力学性??能使得拥有广阔的应用前景，如压力传感器、谐振器等。也可以用于复合材料中，优??异的机械性能、质量小和可弯曲度使其具有用于航空航天领域潜力。此外，石墨烯具??有超疏水性和超亲油性，结合结构设计，可以用作水的净化和环境保护。??鉴于石墨烯优异的电、光、热、力性能，使其从众多材料中脱颖而出，吸引着广??大的科研人员和产业界的人士对其进行探索、研究。??４??
【参考文献】：
期刊论文
[1]Ultrafast epitaxial growth of metre-sized single-crystal graphene on industrial Cu foil[J]. Xiaozhi Xu,Zhihong Zhang,Jichen Dong,Ding Yi,Jingjing Niu,Muhong Wu,Li Lin,Rongkang Yin,Mingqiang Li,Jingyuan Zhou,Shaoxin Wang,Junliang Sun,Xiaojie Duan,Peng Gao,Ying Jiang,Xiaosong Wu,Hailin Peng,Rodney S. Ruoff,Zhongfan Liu,Dapeng Yu,Enge Wang,Feng Ding,Kaihui Liu. Science Bulletin. 2017(15)
[2]石墨烯的化学气相沉积生长与过程工程学研究[J]. 邹志宇,戴博雅,刘忠范. 中国科学:化学. 2013(01)
本文编号：3250769
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