超精密磨削衬底生长无转移石墨烯应用及机理研究

发布时间：2024-02-29 21:31

　　石墨烯(Graphene)有着优异的电学性能、力学性能和光学性能,因此石墨烯在半导体器件、生物及力学传感器件等方面有着广泛的应用。但是传统的化学气相沉积法(CVD)在金属催化剂上生长和转移石墨烯通常会引起许多缺陷,如铜和石墨烯的热膨胀系数不同,在降温过程中,石墨烯薄膜收缩会产生表面裂纹。转移过程中会引入有机物杂质、由于外力引起薄膜破损,使制备的石墨烯器件质量变差。本文针对石墨烯生长方法中存在的问题,较低温(700～900 ℃)下使用等离子体辅助化学气相沉积法(PECVD)在镀镍膜的绝缘衬底上直接制备了英寸级少层均质无转移石墨烯薄膜,其平均表面方阻大小为821 Ω/sq,透光率可以达到96.5%,这种石墨烯也可以在任意曲面上生长,在光电领域显示了良好的应用前景。优化后生长工艺参数中生长时间为10 min,铜膜厚度为25 nm,生长温度为900℃,射频功率为150 W,甲烷气体流量为16 sccm。在无转移石墨烯的生长过程中,石墨烯在现有的电化学抛光硅衬底附着力较差,形成的石墨烯薄膜容易脱落,因此加工出适合生长无转移石墨烯的衬底尤为重要。本文研制了一种二氧化铈作为添加剂的新型金刚石砂轮,对...

【文章页数】：119 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１．２石墨烯的拉曼图及其常见缺陷??Ｆｉｇ．?１．２?Ｔｈｅ?Ｒａｍａｎ?ｓｐｅｃｔｒｕｍ?ａｎｄ?ｃｏｍｍｏｎ?ｄｅｆｅｃｔｓ?ｏｆ?ｇｒａｐｈｅｎｅ［１０］??

转移到绝缘衬底上时，会引入有机物杂质导致薄膜破损，降低石墨烯的整体性能，制备??的石墨烯器件质量变差［９］，并且生长过程中引入的氢气还原气体会刻蚀石墨烯边缘，导??致碳原子缺失产生五元环从而引起缺陷［１（）］，如图１．２所示，因此研宄生长高质量无转移??石墨燦的方法迫在眉睫。??....

图１．３金属催化剂对石墨烯表面形貌的影响??Ｆｉｇ．?１．３?Ｅｆｆｅｃｔｓ?ｏｆ?ｍｅｔａｌ?ｃａｔａｌｙｓｔ?ｏｎ?ｓｕｒｆａｃｅ?ｔｏｐｏｇｒａｐｈｙ?ｏｆ?ｇｒａｐｈｅｎｅ［１８］??

免转移过程中引入的杂质，但其对金属催化剂及绝缘衬底如硅基板有着比较苛刻的粗糙??度及表面形貌要求。有文献指出转移后的石墨烯薄膜质量不会受到金属催化剂的影响［４］，??如图１．３中，合成石墨烯的碳原子可以越过铜镍等金属催化剂的位错、原子突起等缺陷??部位以及凸起、褶皱等微观形貌［１....

图1.4商用硅衬底上生长的无转移石墨烯易脱落

，求达到纳米甚至亚纳米级别。另外内部仍存在着较大的加工应力，故工艺不适用于无转移石墨烯硅衬底的加工。??学机械抛光虽然可以在加工过程中通过化学腐蚀除去衬底表面损伤层，腐蚀抛光硅衬底超精密全局平坦化，但是化学机械抛光抛光过程时间定性较差，难以保证硅衬底的表面粗糙度达到要求，这会导致....

图１．５采用机械剥离法制备石墨烯的表面形貌??Ｆｉｇ．?１．５?Ｓｕｒｆａｃｅ?ｔｏｐｏｇｒａｐｈｙ?ｏｆ?ｇｒａｐｈｅｎｅ?ｂｙ?ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ?ｅｘｆｏｌｉａｔｉｏｎ［２］??

单层石墨烯的厚度约为碳原子的直径只有０．３３４?ｎｍ，具有蜂巢状的六角晶格结构。??Ｇｅｉｍ组使用的机械剥离方法是将石墨置于透明胶带上，由于石墨层之间的作用是微弱??的范德华力，反复粘贴可以将石墨烯薄片粘贴在胶带上，再转移到绝缘衬底上，如图１．５??所示。这种方法的缺点是形成的单....

本文编号：3914953