化学气相沉积(CVD)生长高质量的石墨烯及其性能的研究

摘要

近年来，通过化学气相沉积(CVD)生长石墨烯的研究发展迅速，但是如何利用化学气相沉积(CVD)在金属镍(Ni)和铜(Cu)衬底上实现高质量大面积石墨烯的可控生长还存在很大的难度。同时为了使石墨烯的制备方法能够与目前的半导体工业技术相兼容，石墨烯需要在相对低的温度下直接生长在氧化物衬底上。基于上述问题，本文将通过以下几章内容逐步讨论。
　　 第一章：对石墨烯的性质做了简单的介绍；对化学气相沉积(CVD)在镍(Ni)、铜(Cu)及氧化物衬底表面生长石墨烯的研究进展进行了简单的回顾和总结；同时提出了本论文的研究目标和研究内容。
　　 第二章：介绍了用于表征石墨烯的各种手段，如拉曼光谱(RamanSpectrum)，扫描电子显微镜(ScanningElectronMicroscope，SEM)，光学显微镜(OpticalMicroscope)，原子力显微镜(AtomicForceMicroscope，AFM)，方块电阻测试仪，紫外-可见-近红外光度计(UV-VIS-NIRSpectrophotometer，NKD-8000)等。
　　 第三章：介绍了如何利用冷壁腔化学气相沉积系统(Cold-wallCVD)，在镍(Ni)衬底表面实现高质量单层石墨烯的可控生长。把生长时间缩短到10秒，其结果表明碳原子在镍衬底表面以直接生长的机制形成石墨烯。这种生长机制类似于原子层沉积技术，与传统的碳原子偏析合成石墨烯的机制相比，在石墨烯的可控生长方面将具有更大的优越性。同时发现较低的氢气流量将更加有利于实现高质量石墨烯的合成，没有氢气时合成的石墨烯表面电阻367欧姆，基本上可与在铜衬底上生长的石墨烯相媲美。
　　 第四章：利用自行开发的热壁腔化学气相沉积系统(Hot-wallCVD)，在铜箔表面生长了10×20cm2大面积高质量的石墨烯。本热壁化学气相沉积系统的加热单元可以自由滑动，即待加热单元温度升到所需的温度时，可以把加热区滑动到样品区，从而实现对样品的快速加热。这对于在金属衬底上生长石墨烯是非常有利的，因为快速加热可以使铜箔中长出更大的铜晶粒以利于生长出大面积单晶石墨烯。借鉴没有氢气时可以在镍衬底表面生长高质量的石墨烯，尝试没有氢气参与时在铜箔表面生长石墨烯，结果发现没有氢气参与时，生长石墨烯的时间大大缩短并且石墨烯具有很高的质量。
　　 第五章：为了使得石墨烯的生长技术与现代微电子工业相兼容，探索如何能够通过化学气相沉积(CVD)，在石英衬底表面以相对低的温度直接生长石墨烯，同时针对其生长机理进行了简单的研究。
　　 最后是对上述工作的总结和未来工作的展望。