近年来,作为一种已知最薄及机械强度最大的材料,石墨烯凭借着超高的电子迁移率、良好的导热性、高透光率等特点受到了各领域科研人员极大的关注。在所有制备石墨烯的方法中,化学气相沉积法(CVD)制备石墨烯简单易行,所得石墨烯质量高,面积大,目前已经成为制备高质量石墨烯的主要方法。然而,由于衬底材料熔点低和生长设备限制等原因,在常规的CVD法中,石墨烯的生长温度仅为~1000℃,目前在超高温条件下生长CVD石墨烯的报道几乎没有,这阻碍了人们对石墨烯CVD生长机制的进一步理解,不利于石墨烯未来的研究和应用。此外,CVD石墨烯作为透明导电层(TCL)应用在GaN基LED的工业化生产中是石墨烯大规模应用的重要领域之一,这是由于CVD石墨烯能够在保持TCL性能的前提下克服传统ITO材料带来的大量缺陷,但是,CVD石墨烯的工业化应用仍面临着诸多问题,首先,为了避免金属衬底转移带来的非理想因素,只能采用直接生长的方式在GaN外延片表面生长石墨烯,而直接生长需要降低生长温度以保护GaN外延片不被破坏,同时GaN外延片表面的低催化性使石墨烯的生长变得更加困难;其次,为了降低生产成本,生长时间必须足够短,而常规CVD法至少需要数个小时才能完成一次生长,无法达到这一要求。基于此,研究石墨烯在特殊条件下的CVD生长技术对于早日将其应用于LED的工业化生产中是十分必要的。综上,研究石墨烯在特殊条件下的化学气相沉积技术不但有助于发展和完善CVD石墨烯生长机制的理论体系,而且具有重要的实际应用价值。本文主要研究了石墨烯在特殊条件下的化学气相沉积和转移技术。首先探索了石墨烯在超高温条件下的生长机理和转移过程,同时建立了鼓泡法转移石墨烯的半定量电学模型;进而研究了石墨烯在p-GaN和Cu/p-GaN衬底表面的低温快速生长过程,在生长石墨烯后的两种衬底上制备了LED器件,测试并比较了LED器件的光电性能;最后研究了低温条件下石墨烯在ITO表面的直接快速生长过程。本论文是在国家重点研发计划(No.2017YFB0403100,2017YFB0403102)和北京市自然科学基金的支持下完成的,主要研究工作及成果如下:1.阐明了超高温条件(1200℃-3000℃)下石墨烯在难熔金属铼(Re)和钽(Ta)表面的CVD生长机制。通过对石墨烯的表征和分析,发现铼表面石墨烯的生长机制与镍的“渗碳-析碳”机制类似,随着生长温度的提高,石墨烯质量先升后降,而钽表面与碳之间极易生成“Ta-C化合物”,该物质对石墨烯的生长机制有重要影响,石墨烯质量通常会随着生长温度的升高而不断提升,此外,研究了铼和钽表面石墨烯转移的不同方法,提出了一种高效转移石墨烯的技术方案。2.建立了石墨烯鼓泡转移法的电学模型。以电容元件对金属/PMMA/电解液结构进行模拟,构造了鼓泡法转移过程的基本电路,根据该电路提出了大幅减少转移时间的方法,利用该方法可以将石墨烯的转移时间减少60%以上,采用阳极电解法成功地转移了石墨烯,分析了阴极转移优于阳极转移的原因,最后讨论了电解液对石墨烯转移过程的影响。通过建立电学模型半定量地解释了石墨烯的转移机制,对鼓泡法转移技术的发展具有积极意义。3.实现了石墨烯薄膜在GaN外延片表面的低温快速生长。在等离子体的辅助下,利用冷壁CVD分别在裸p-GaN和Cu(10 nm)/p-GaN衬底表面进行石墨烯的低温快速生长,发现裸p-GaN表面只出现了直径~20 nm的碳颗粒,而Cu(10nm)/p-GaN表面生长了宏观连续的石墨烯薄膜,晶粒尺寸达到~160 nm,在上述两种衬底上制备了LED器件,对比发现后者明显具有更好的光电性能,即使与采用高质量转移石墨烯作TCL的LED相比,20 mA下的工作电压也降低了约16%。4.首次研究了石墨烯在ITO表面的低温快速生长技术。在p-GaN表面沉积薄层ITO(50 nm)来代替传统的厚层ITO(240 nm),以达到减少ITO使用量的目的,成功在ITO(50 nm)/p-GaN结构表面生长了连续的石墨烯薄膜,薄膜厚度~6 nm,纳米晶石墨烯尺寸40-80 nm;为了减少衬底的影响,进一步扩大该技术的应用范围,对石墨烯在ITO(200 nm)/p-GaN表面的生长过程展开研究,结果表明,上述衬底表面在低温条件下生长了碳纳米粒子团簇结构,碳纳米粒子的平均直径为~20 nm,大量团簇结构在ITO表面形成了连续的碳薄膜,碳薄膜的生长速率与等离子体功率呈正相关关系。