發(fā)布時間：2017-03-20 22:11

  本文關(guān)鍵詞：CVD石墨烯的鼓泡法轉(zhuǎn)移及其上CLD氧化鋁的可行性研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：石墨烯作為一種單層碳原子材料,可以表現(xiàn)出超高的載流子遷移率。CVD是最適合工業(yè)化生產(chǎn)石墨烯的方法,但面臨一個技術(shù)瓶頸就是如何無損、可重復地轉(zhuǎn)移到其他襯底之上。電化學鼓泡法轉(zhuǎn)移石墨烯成本低,環(huán)保,具有較高應用價值,但目前仍有損壞大、重復性差之弱點。本論文系統(tǒng)研究了其機理,提出了氫離子和水正面穿透PMMA是造成石墨烯破損主要原因的看法,并相應設(shè)計了新的空氣阻擋層的新方法,果然觀察到了一定的質(zhì)量提高和重復性提高。石墨烯場效應晶體管GFET,在高頻電路、探測器等方面應用前景廣闊。而制備高性能GFET,在石墨烯上制備高k介質(zhì)層(如氧化鋁)的工藝就顯得十分重要。然而目前在石墨烯表面制備氧化鋁薄膜的工藝,例如原子層沉積、物理氣相沉積等,工藝復雜,投資大,且原子層沉積法很難再石墨烯表面成核。因此,本文在研究鼓泡法機理并取得技術(shù)進步之后,繼而進行了鼓泡法轉(zhuǎn)移石墨烯表面CLD氧化鋁可行性研究。氧化鋁具有良好且穩(wěn)定的物理、化學特性,在光電子學、固體電子學、微機電系統(tǒng)(MEMS)等方面得到大規(guī)模運用。傳統(tǒng)制備的氧化物薄膜的辦法,投資大、設(shè)備復雜、工藝難以控制。1988年Hirotsugu Nagayama等人首次發(fā)表運用化學液相沉積Chemical Liquid Phase Deposition(CLD)制備氧化硅薄膜的方法。2004年Sun等人提出用無氟CLD法在GaAs表面制備氧化鋁薄膜的工藝,之后Basu等人相繼運用CLD法-在GaN,AlGaAs/In GaAs表面生長氧化鋁薄膜。化學液相法具有設(shè)備簡單,投資小,生長薄膜均勻等優(yōu)點。本文具體內(nèi)容如下:1、提出傳統(tǒng)電化學鼓泡法轉(zhuǎn)移石墨烯的工藝中,氫離子和水正面穿透PMMA是造成石墨烯破損主要原因的看法;2、在傳統(tǒng)的電化學鼓泡法的設(shè)計基礎(chǔ)上,提出了用密閉空腔來阻擋溶液中的水和H+離子透過PMMA,進而透過石墨烯的轉(zhuǎn)移方案,避免了透過的水和H+離子在石墨烯的上下表面生成H2氣泡從而使石墨烯產(chǎn)生破洞、褶皺和斷裂。對轉(zhuǎn)移后的石墨烯進行的拉曼光譜、掃描電鏡、原子力顯微鏡以及電子遷移率檢測,證明了轉(zhuǎn)移后的石墨烯擁有較高的質(zhì)量。說明此方法一定程度上提高了工藝的重復性和可靠性,在工業(yè)上進行大面積石墨烯轉(zhuǎn)移方面具有應用前景。3、探究化學液相法在未經(jīng)處理的石墨烯表面淀積氧化鋁薄膜的可行性。以十八水和硫酸鋁與碳酸氫鈉為原料配制生長液,保持水浴30℃淀積若干小時,通過光學顯微鏡觀測形貌,并測量器導電性。實驗結(jié)果表面,石墨烯表面沒有Al(OH)3基團附著,以硫酸鋁和氫氧化鈉為原料的化學液相法很難在未經(jīng)處理的石墨烯表面淀積氧化鋁薄膜。因此,除非對石墨烯進行表面改性,否則CLD氧化鋁在鼓泡法轉(zhuǎn)移的石墨烯表面生長難以成核,不具備可行性。4、采用化學液相法在N型砷化鎵表面成功生長氧化鋁薄膜,生長液粒度分析結(jié)果顯示,在生長液中Al(OH)3膠體已經(jīng)形成;光學顯微鏡、掃描電鏡觀測到薄膜表面呈現(xiàn)小顆粒聚集,提出化學液相沉積法淀積氧化鋁薄膜的機理有可能為膠體沉聚。
【關(guān)鍵詞】：氧化鋁薄膜 化學液相沉積 石墨烯 密閉空腔阻擋層 電化學鼓泡法
【學位授予單位】：北京工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN386;TQ127.11
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-21
• 1.1 引言11-12
• 1.2 石墨烯簡介12-13
• 1.3 氧化鋁薄膜的基本結(jié)構(gòu)與性質(zhì)13-15
• 1.4 氧化鋁薄膜的應用前景15-16
• 1.4.1 光學領(lǐng)域的應用15
• 1.4.2 微電子領(lǐng)域的應用15-16
• 1.4.3 機械領(lǐng)域的應用16
• 1.5 石墨烯場晶體管（GFET）簡介16-18
• 1.6 性能表征手段18-19
• 1.6.1 光學顯微鏡18
• 1.6.2 掃描電子顯微鏡SEM18
• 1.6.3 拉曼光譜18-19
• 1.6.4 原子力顯微鏡AFM19
• 1.6.5 粒度分析儀19
• 1.7 論文主要研究內(nèi)容19-21
• 第2章 石墨烯的制備與轉(zhuǎn)移21-29
• 2.1 石墨烯的制備方法21-24
• 2.1.1 物理法21-22
• 2.1.2 化學法22-24
• 2.1.3 制備石墨烯的其他方法24
• 2.2 CVD石墨烯的常規(guī)轉(zhuǎn)移工藝24-26
• 2.2.1 干法轉(zhuǎn)移24-25
• 2.2.2 腐蝕基底法25-26
• 2.3 電化學鼓泡法轉(zhuǎn)移石墨烯26-27
• 2.4 本章小結(jié)27-29
• 第3章 密閉空腔阻擋層電化學鼓泡法轉(zhuǎn)移石墨烯29-41
• 3.1 設(shè)計思路的提出29-30
• 3.2 實驗方法30-34
• 3.2.1 實驗試劑、裝置及樣品30-31
• 3.2.2 改進的石墨烯上層支撐結(jié)構(gòu)31-33
• 3.2.3 實驗步驟33-34
• 3.3 結(jié)果及表征34-39
• 3.3.1 鼓泡分離時間34-35
• 3.3.2 光學顯微鏡與掃描電鏡35-36
• 3.3.3 拉曼光譜36-37
• 3.3.4 原子力顯微鏡37
• 3.3.5 載流子遷移率37-39
• 3.4 本章小結(jié)39-41
• 第4章 氧化鋁的制備41-51
• 4.1 氧化鋁的常用制備方法41-46
• 4.1.1 氣相法41-43
• 4.1.2 液相法43-45
• 4.1.3 固相法45-46
• 4.2 石墨烯表面氧化鋁薄膜常用制備方法46-49
• 4.2.1 物理組裝法47
• 4.2.2 物理氣相沉積法47
• 4.2.3 原子層沉積法47-49
• 4.3 本章小結(jié)49-51
• 第5章 化學液相法淀積氧化鋁薄膜51-57
• 5.1 實驗裝置、樣品與試劑51-52
• 5.2 淀積微觀機制的提出52-53
• 5.3 實驗結(jié)果與表征53-55
• 5.4 本章小結(jié)55-57
• 第6章 石墨烯上CLD氧化鋁薄膜探究57-61
• 6.1 石墨烯的制備與轉(zhuǎn)移57
• 6.2 工藝方法與步驟57-58
• 6.3 實驗結(jié)果與分析58-59
• 6.4 CLD法在石墨烯表面淀積氧化鋁薄膜的新設(shè)想59
• 6.5 本章小結(jié)59-61
• 結(jié)論61-63
• 參考文獻63-70
• 攻讀碩士學位期間所發(fā)表的學術(shù)論文70-72
• 致謝72

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