大面积石墨烯制备研究

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在过去几年中,石墨烯的研究报道广泛见诸报端。由于其高强度、高电导率、室温下的高电子迁移率、特殊的量子霍尔效应,使得石墨烯器件在未来有很大的发展空间,优秀的石墨烯器件需要高质量的石墨烯,怎样得到高质量的石墨烯是所有研究人员及本文的主题,本文主要针对石墨烯的生长和表征展开相应的工作:  1、对采用传统的CVD方法制备石墨烯的工艺进行了研究。利用Cu箔作为催化剂衬底,进行 CVD生长,生长完成后均匀旋涂 PmmA胶并刻蚀催化剂衬底,进行转移后进行电阻率表征,测得方阻为1422Ω/□。  2、在Si/SiO2基底上采用微波等离子体CVD方法直接生产石墨烯进行了创新性的探索研究。首先研究了以Cu作为催化剂时直接生产石墨烯的工艺参数进行研究,特别地,对甲烷和氢气流量比、生长温度、生长时间等核心参数对石墨烯的质量的影响进行了分析,并对工艺参数进行了优化,探索出了较优化的生长工艺条件。其次对了以Ni作为催化剂时直接生产石墨烯的工艺参数进行系统研究,并获得了最佳生产工艺参数。最后采用NiCu合金作为催化剂对生长石墨烯进行了工艺探索,获得了较理解的生长工艺条件。研究结果表明,采用Ni作为催化剂,可以在较低温度下生产的高质量的石墨烯。  3、对采用不同催化剂制备的石墨烯进行了系统的电阻率测试和Raman表征。分析和表征结果表明:得出Cu催化剂的最佳生长温度为950℃,CH4流量为25 sccm,H2流量为275 sccm,生长时间为7 min;Ni催化剂时的最佳生长温度为700℃,CH4流量为10 sccm,H2流量为275 sccm,生长时间为3 min;NiCu催化剂的最佳生产温度为950℃,CH4流量为25 sccm,H2流量为275 sccm,生长时间为7 min。  4、将采用不同催化剂制备的石墨烯进行SEM表征,观察到表面的形貌平整,断裂较少,通过TEM及选区电子衍射图得出石墨烯的晶格完整,缺陷较少,论证实验参数的可行性。在随后进行石墨烯的光学透过率测试结果表明:波数500~4000 cm-1光透过率在95%以上,表明石墨烯薄膜的高光学透过性。最后进行载流子迁移率的测量,得出石墨烯的高载流子迁移特性。
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