Ga離子輻照及襯底表面粗糙度對石墨烯性能影響的研究.pdf

1、石墨烯獨特的輸運性質(zhì)，如高電子遷移率、室溫下的量子霍爾效應(yīng)、彈道運輸、自旋極化的運輸?shù)?，使其成為最有前景的納米電子材料。這些獨特性質(zhì)的存在，促進了石墨烯場效應(yīng)晶體管到生化傳感器等的應(yīng)用。但是，在石墨烯器件的實際應(yīng)用中，仍有一些問題需要解決，如現(xiàn)有的半導(dǎo)體工藝對石墨烯性能的影響、襯底與石墨烯界面結(jié)合等。本文將詳細介紹石墨烯物理性質(zhì)及應(yīng)用，討論聚焦離子束（Focus ion beam，F(xiàn)IB）加工系統(tǒng)下Ga離子輻照對單層石墨烯力學(xué)、電學(xué)性能

2、的影響。此外，還探討了襯底表面粗糙度對石墨烯力學(xué)性能及拉曼(Raman)特性產(chǎn)生的影響。
　　在石墨烯實驗樣品的后續(xù)加工中，為了避免電子束曝光（Electron beamlithography，EBL）的使用，達到降低對石墨烯產(chǎn)生的二次污染和節(jié)約實驗成本的目的，本論文中提出了一種特定襯底的制備方法。文中涉及到的石墨烯樣品，是通過化學(xué)氣相沉積（Chemical vapor deposition，CVD）的方法，在Pt基和Cu基表面生

3、長的，并通過任文才等人提出的鼓泡轉(zhuǎn)移法，轉(zhuǎn)移到制備的特定襯底上，實現(xiàn)樣品的無損轉(zhuǎn)移。此外，詳細論述了拉曼及原子力顯微鏡(Atom forcemicroscope，AFM)在石墨烯表征方面的原理，并分別利用掃描電子顯微鏡(Scanelectron microscope，SEM)、Raman、AFM-Raman對轉(zhuǎn)移后的實驗樣品進行表征，為后續(xù)實驗的開展奠定基礎(chǔ)。
　　利用Raman、SEM、場效應(yīng)特性原理，重點研究Ga離子輻照對高質(zhì)

4、量單層石墨烯性能的影響。在真空條件下，Ga離子能夠向石墨烯中引入缺陷，并沒對高質(zhì)量石墨烯的晶格造成破壞;Ga離子輻照向石墨烯中引入了壓應(yīng)變，造成了石墨烯晶粒尺寸變小;石墨烯晶粒尺寸變小及缺陷的存在使得石墨烯電學(xué)性能發(fā)生變化，如輻射后石墨烯晶體管的輸出特性的非線性程度減弱、石墨烯溝道中的總電阻增大等。另外，探究了不同劑量的Ga離子輻照對石墨烯性能的影響，隨著輻照時間的增加，石墨烯中碳原子的形態(tài)由單晶碳轉(zhuǎn)變成無定型碳，且晶粒尺寸達到最小值后

5、逐漸變大。這為離子束系統(tǒng)下Ga離子刻蝕技術(shù)在石墨烯器件中的加工提供理論基礎(chǔ)。
　　結(jié)合AFM、Raman表征手段，研究了表面粗糙度不同的介電層對石墨烯的力學(xué)性能及Raman特性的影響。不同粗糙度二氧化硅表面致使石墨烯表面產(chǎn)生張力及引入應(yīng)變，是2D峰發(fā)生頻移的主要原因。聲子的散射導(dǎo)致聲子在石墨烯中的傳播速度減弱，使得2D峰的半高寬變小?？锥粗斜砻娲植诙认鄬^大，增大石墨烯與襯底結(jié)合的界面受到的剪切力，提高石墨烯與襯底的界面結(jié)合力，為