石墨烯微結(jié)構(gòu)制備研究.pdf

1、科學(xué)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步對(duì)光電功能器件提出了更高的要求，如響應(yīng)速度更快、工作頻段更寬、信息密度更大、單位能耗更小，而以硅材料為基礎(chǔ)的傳統(tǒng)器件越來(lái)越無(wú)法滿足日益增長(zhǎng)的需求。石墨烯是碳原子以sp2雜化形成的單原子層二維平面材料，在狄拉克點(diǎn)附近能量與動(dòng)量呈簡(jiǎn)單的線性關(guān)系，電子運(yùn)動(dòng)有效質(zhì)量等于零，具有極高的遷移率極低的電阻率，電子和空穴能帶面相接于費(fèi)米面，使得石墨烯成為零帶隙材料，而且石墨烯對(duì)幾乎所有頻段光的吸收率都在2.3％上下，同時(shí)有研究表明石墨

2、烯是已知導(dǎo)熱性能最好、機(jī)械強(qiáng)度最高的納米材料，這些獨(dú)特的力、熱、光、電性質(zhì)使得石墨烯被公認(rèn)為可取代硅成為下一代超高頻晶體管材料。目前研究熱點(diǎn)主要包括石墨烯基本性質(zhì)特別是光電性質(zhì)的研究，大面積高質(zhì)量石墨烯薄膜的制備工藝的研究，新型石墨烯功能器件的設(shè)計(jì)和加工技術(shù)的研究，相關(guān)工作對(duì)于推動(dòng)科技進(jìn)步和社會(huì)發(fā)展具有重要的意義。石墨烯微結(jié)構(gòu)加工是實(shí)現(xiàn)石墨烯實(shí)際應(yīng)用的關(guān)鍵點(diǎn)之一，目前仍有許多科學(xué)問(wèn)題和技術(shù)難題沒(méi)有解決，如邊緣光滑石墨烯窄帶的獲得，超短激

3、光脈沖與石墨烯的作用機(jī)制，加工線寬的控制，加工邊界平整度的控制等。本論文實(shí)驗(yàn)研究了飛秒激光直寫和偶氮聚合物定向光流技術(shù)用于石墨烯微結(jié)構(gòu)加工，主要內(nèi)容如下：
　　 1.綜述了石墨烯的力、熱、光、電性質(zhì)以及生長(zhǎng)制備方法，簡(jiǎn)單介紹了石墨烯功能器件的設(shè)計(jì)和加工制造手段，重點(diǎn)介紹了飛秒激光微加工技術(shù)。
　　 2.研究飛秒激光加工多層還原氧化石墨烯薄膜。生成的石墨烯納米帶寬度與入射激光的波長(zhǎng)、脈沖能量、聚焦性質(zhì)相關(guān)，通過(guò)優(yōu)化參數(shù)，可

4、以實(shí)現(xiàn)從492nm到14μm的連續(xù)可控的加工。同時(shí)加工過(guò)程實(shí)現(xiàn)圖形化，自動(dòng)化，靈活簡(jiǎn)潔可以高分辨地加工任意復(fù)雜結(jié)構(gòu)。使用的樣品為化學(xué)剝離法制備的多層還原氧化石墨烯薄膜，在與金屬電極一起加工時(shí)，可以通過(guò)控制加工參數(shù)實(shí)現(xiàn)石墨烯薄膜的全部或部分刻蝕。
　　 3.研究飛秒激光加工化學(xué)氣相沉積(CVD)法制備得的單層、少層石墨烯薄膜。發(fā)現(xiàn)基底對(duì)于加工過(guò)程具有重要影響，在金屬基底上刻蝕比在硅或二氧化硅基底上刻蝕的界面更光滑整齊，同時(shí)由于石墨

5、烯對(duì)光的吸收率很低，在加工過(guò)程中容易損傷基底，而通過(guò)刻蝕后再轉(zhuǎn)移的方式，可實(shí)現(xiàn)基底無(wú)損傷，且加工殘留物被很好地去除。
　　 4.研究了偶氮聚合物(PDO3)定向光流技術(shù)加工石墨烯微結(jié)構(gòu)。介紹了PDO3聚合物的合成方法、光學(xué)性質(zhì)，利用處于吸收峰附近的488nm激光照射，實(shí)現(xiàn)對(duì)PDO3空間構(gòu)型的控制，通過(guò)優(yōu)化激光的偏振態(tài)、照射功率和曝光時(shí)間，進(jìn)一步壓縮采用常規(guī)手段制備的掩膜板的尺寸，進(jìn)一步降低微結(jié)構(gòu)線寬。使用的PDO3聚合物價(jià)格低廉