基于CVD法制备单层石墨烯工艺参数的优化

摘要

石墨烯(Graphene)拥有独特的晶体结构，使其具备优异的物理和化学性能，在微纳器件和超材料领域中有广阔的应用前景。材料性能直接关系到材料的应用，发挥石墨烯的优异性能，关键在于如何制备拥有性能优良的单层石墨烯。本文基于化学气相沉积法（CVD）开展课题研究工作，探究了石墨烯的生长过程中，各关键生长参数对石墨烯质量的影响，测试了石墨烯的透光率和导电性能；并将生长的石墨烯通过图案化处理制备出简单的电容器构型，探索了石墨烯在功能器件方面应用可行性。
　　本文首先研究了以铜箔为基底的单层石墨烯制备工艺，探究了反应温度，碳源浓度，反应时间等参数对石墨烯生长的影响；优化反应参数，制备出了表面均一的单层石墨烯薄膜，通过测试，所得石墨烯具有较高的透光率（92.7％-95.3%）和较低的方阻（152.2-326.3Ω/sq），保证了石墨烯的在透光和导电方面的综合性能。研究了低压条件下，以甲烷为碳源，石墨烯在铜箔上的生长规律，结果发现：随着温度的增加，石墨烯的表面质量也随之变高，但是高于1000℃的时候，效果趋于稳定；当甲烷浓度大于35sccm时，石墨烯成膜，但是出现多层区域，随着石墨烯浓度的降低，薄膜的质量和均匀性也随之提高，然而当浓度达到5sccm时，石墨烯并未成膜；在2min-30min内，随着生长时间的增加，石墨烯表面均一性随之提高。根据以上结论，得出试用于我们设备的优化参数为：生长温度1000℃，甲烷流量35sccm，氢气流量10sccm。此外，基于光刻技术图案化制备了石墨烯平面电容器结构，从而为石墨烯超材料的制备提供了实验基础。

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第1章 绪论

1.1 课题背景

1.2 石墨烯的结构与特点

1.3 石墨烯制备方法及应用

1.4 课题研究意义和主要研究内容

第2章 实验及表征方法

2.1 实验材料及设备

2.2 实验流程

2.3 CVD法制备石墨烯原理

2.4 石墨烯的表征

第3章 铜箔衬底预处理

3.1 引言

3.2铜箔衬底退火前预处理

3.3铜箔衬底的退火处理

3.4本章小结

第4章 石墨烯的制备与参数优化

4.1 引言

4.2 生长参数对石墨烯质量的影响

4.3石墨烯的转移

4.4 本章小结

第5章 石墨烯薄膜光电性能研究

5.1引言

5.2 石墨烯薄膜透光性表征

5.3石墨烯薄膜导电性表征

5.4 石墨烯图案化探索

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢