石墨烯的热化学修饰及其费米能级依赖研究

摘要

石墨烯是零带隙纳米材料，其导带与价带在布里渊区Dirac点接触，表现为金属性质；为了提高石墨烯的应用价值，制造石墨烯半导体器件，需要将石墨烯的带隙打开，将金属性质的石墨烯转换成半导体。已有理论和实验表明化学修饰可以打开石墨烯带隙。本文采用固相热化学修饰反应对石墨烯进行化学修饰，并利用半导体工艺对石墨烯进行图案化修饰，同时本文探究了石墨烯的热化学修饰对费米能级的依赖。
　　首先，采用固相热化学反应方法实现了石墨烯的化学修饰。利用化学气相沉积法(CVD)生长单层石墨烯，并利用纳米转移技术将单层石墨烯转移至硅基底上，利用拉曼光谱对得到的石墨烯进行表征，确认得到单层石墨烯，再利用过氧化苯甲酰（BPO）对其进行热化学修饰研究。化学修饰后通过共聚焦拉曼光谱进行表征，确定单层石墨烯与BPO反应。BPO在不同溶剂中的溶解度不同，导致热化学修饰对石墨烯引入的掺杂浓度也不同，所以本文探究溶质为BPO，分别以丙酮、乙醇、水为溶剂配置不同的溶液对石墨烯的热化学修饰并得到不同程度的热化学修饰。
　　然后，结合半导体工艺及固相热化学反应方法制备了图案化修饰的石墨烯。我们在石墨烯表面进行光刻，得到条纹状光刻胶覆盖的石墨烯，然后再通过热化学修饰的方法实现过氧化苯甲酰对石墨烯表面的图案化修饰。利用该方法可以简便、快捷、精准地在石墨烯表面实现图案化修饰。
　　最后，研究了石墨烯的化学修饰对费米能级的依赖。我们利用拉曼光谱确定栅极电压引起的石墨烯费米能级变化。探究了三个分别处于不同费米能级的石墨烯的化学修饰情况。研究发现，在石墨烯上施加正偏压时，产生较高比例的反应的碳原子，而在石墨烯上施加负偏压时，产生较低比例的反应的碳原子。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪论

1.1石墨烯结构及基本性质

1.2石墨烯的制备

1.3石墨烯的化学修饰

1.4石墨烯表面图案化

1.5石墨烯化学修饰的调控

1.6主要研究内容

第2章 单层石墨烯的热化学修饰

2.1引言

2.2单层石墨烯的制备

2.3石墨烯的热化学修饰原理

2.4不同溶剂时的热化学修饰

2.5激光引发的石墨烯化学修饰

2.6本章小结

第3章 石墨烯的图案化修饰

3.1前言

3.2石墨烯表面光刻工艺

3.3图案化石墨烯的形成

3.4小结

第4章 基于费米能级调控的石墨烯热化学修饰

4.1前言

4.2偏压调控石墨烯器件的制备及原理

4.3利用拉曼光谱确定石墨烯费米能级

4.4偏压调控的石墨烯热化学修饰

4.5小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

声明

致谢