缺陷石墨烯的热自修复研究

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石墨烯独特的能带结构赋予了它非凡的电输运性质,这也使石墨烯被认为会成为硅的替代品,并受到极大的关注。特别的是,石墨烯具有非常高的迁移率,在室温条件下,和其他的材料相比,石墨烯的迁移率是最高的。具有很高的迁移率,也就意味着用石墨烯制成的电学器件有更小的电阻,并且制成的晶体管具有更快的开关能力。因此,由石墨烯制备的电路,在低消耗和高速方面有更大的应用潜能。然而,石墨烯的迁移率会受到各类散射的影响,比如杂质和晶体缺陷都会降低石墨烯的迁移率。晶体缺陷对石墨烯的迁移率的影响是非常大的,由于这些缺陷可以反向散射电子。在制作电子器件和集成电路的过程中,需要很多步骤的光刻曝光等工艺流程。经研究发现,这些工艺过程可能会导致对石墨烯引入缺陷,进而使石墨烯的迁移率降低。为了充分利用石墨烯的高迁移率,不仅要发展制备高质量石墨烯的方法,也需要开发光刻曝光工艺,以保持其原有的品质。对于开发新的曝光工艺而避免损伤是一件很难的事情,我们转而考虑研究出能够修复有缺陷石墨烯的方法。目前,针对修复氧化石墨烯,已经有了些相关研究,不过,那主要是针对的去氧化的过程,例如,去除一些官能团。要研究如何将石墨烯中的空位缺陷进行修复,我们需要对定量明确的空位缺陷进行修复。等离子体轰击已被广泛用来研究对石墨烯引入缺陷,并且已被证实,这种损伤是一种空位缺陷。尽管人们对石墨中存在的这种损伤进行了许多的修复研究,但这种缺陷由于层间的键的构成是很稳定的,因此,有时是很难进行修复的。  在我们的工作中,我们首先利用氩等离子体轰击对石墨烯引入空位缺陷。然后通过热退火来研究修复效果。通过拉曼光谱,X射线光电子能谱,高分辨透射电镜,和低温电学测量来对其进行表征。我们发现,这些空位缺陷可以通过简单的热退火过程而得以修复。我们可以把这种自修复的过程解释为,被氩等离子体轰击的碳原子吸附在空位缺陷的周围,热处理作用使这些碳原子重新恢复到空位的位置。但随着损伤程度的加深,自我修复将不那么有效。
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