石墨烯的低温PECVD制备及其应用探索研究

摘要

石墨烯是世界上第一种被制备出的二维材料，它的出现打破了二维材料不会实际存在的理论，同时引起了世界上科学家们的广泛关注。就石墨烯的制备方法而言，目前主要包括微机械剥离法、外延生长法、氧化还原法和化学气相淀积法等，它们有各自的优势与不足，本论文基于当前报道的关于石墨烯的相关研究成果，研究了石墨烯的等离子体增强化学汽相沉积(PECVD)方法的低温制备，并对石墨烯嵌入到VOx-RRAM器件中的高阻态一致性和低功耗的性能做了研究。
　　经调研发现，目前的制备法中除机械剥离法和化学法制备石墨烯，其它的方式都需要在1000～1450℃下才可制备出石墨烯。为了降低石墨烯的生长温度，本文采用了比普通CVD方式更好的PECVD设备在铜箔上进行石墨烯的制备，由此获得的石墨烯样品通过FeCl3溶液刻蚀铜箔，形成悬浮在溶液上的石墨烯，然后使用氧化硅片捞取的方式将石墨烯转移到所需衬底上。通过对制备参数进行优化与改善，探索出一套能够在650℃和100Pa压强下制备出高质量的石墨烯的工艺。
　　关于制备嵌入石墨烯的VOx-RRAM器件，用磁控溅射设备制备底电极和VOx阻变介质层以及电子束蒸发设备制备上电极;并用到拉曼光谱分析仪(Raman)、扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)对石墨烯的结构等特性进行了表征，并使用半导体参数分析仪对是否嵌入石墨烯的VOx-RRAM器件的电学性能进行对比分析。
　　石墨烯的拉曼光谱分表征结果发现，在低温下制备的石墨烯的拉曼光谱峰值中ID/IG能够达到20％以下，说明在低温的条件下制备出了高质量的石墨烯;SEM结果说明制备的石墨烯毫米级别的面积;AFM的结果说明制备的石墨烯表面形貌均匀，整体层数一致性高。制备嵌入石墨烯的VOx-RRAM的样品，半导体参数分析仪测试结果表明:嵌入石墨烯的VOx-RRAM的功耗明显降低，forming所需电流比未嵌入石墨烯的器件降低了90％;并且提高了其高阻态的一致性。本论文通过对石墨烯使用PECVD方法制备的研究，并将所制备的石墨烯应用到RRAM当中，对石墨烯的PECVD生长法和在阻变存储器方面的应用探索具有一定的指导意义。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 石墨烯的研究背景

1．2 石墨烯的结构

1．3 石墨烯的性质

1．3．1 石墨烯的化学性质

1．3．2 石墨烯的电学性质

1．3．3 光学性质

1．4 石墨烯的应用状况

1．4．1 石墨烯场效应管

1．4．2 石墨烯传感器

1．4．3 透明电极上应用

1．5 石墨烯的制备方法

1．5．1 微机械剥离法

1．5．2 外延生长法

1．5．3 氧化还原法

1．5．4 化学气相淀积法

1．6 本论文的研究意义与主要内容

第二章 石墨烯的制备与表征

2．1 石墨烯的制备设备

2．2 样品的制备

2．3 石墨烯的转移

2．4 石墨烯的特性表征设备

第三章 PECVD制备石墨烯及其特性表征

3．1 不同生长温度下制备石墨烯的研究

3．1．1 不同生长温度下制备石墨烯的拉曼光谱分析

3．1．2 不同生长温度下制备石墨烯的SEM图

3．1．3 不同生长温度下制备石墨烯的AFM图

3．2 不同生长压强下制备石墨烯的研究

3．2．1 不同生长压强下制备石墨烯的拉曼光谱分析

3．2．2 不同生长压强下制备石墨烯的SEM图

3．3 不同的碳源含量下制备石墨烯的研究

3．3．1 不同的碳源含量下制备石墨烯的拉曼光谱分析

3．3．2 不同的碳源含量下生长石墨烯的SEM图

3．4 不同的功率下生长石墨烯的研究

3．4．1 不同的生长功率下制备石墨烯的拉曼光谱分析

3．4．2 不同的生长功率下制备石墨烯的SEM图

3．5 本章小结

第四章 石墨烯嵌入VOx-RRAM性能的研究

4．1 RRAM

4．2 石墨烯嵌入VOx-RRAM的样品制备

4．3 石墨烯嵌入VOx-RRAM的结果分析

4．4 本章小结

第五章 总结与展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢