本文選題：石墨烯轉(zhuǎn)移 + 轉(zhuǎn)角雙層石墨烯��； 參考：《南開大學》2015年博士論文

【摘要】：當前對石墨烯研究的焦點已經(jīng)從石墨烯本身的性能研究轉(zhuǎn)向石墨烯先進電子器件以及石墨烯應用。石墨烯生長、加工和轉(zhuǎn)移技術(shù)對于石墨烯電子器件的制備至關(guān)重要。在本論文中,我們對化學氣相沉積石墨烯轉(zhuǎn)移技術(shù)進行了系統(tǒng)的研究,對比了聚甲基丙烯酸甲酯、聚二甲基硅氧烷以及熱釋放膠帶三種石墨烯轉(zhuǎn)移方法的優(yōu)缺點,發(fā)展出一種基于聚對苯二甲酸乙二醇酯/硅橡膠的新型石墨烯轉(zhuǎn)移技術(shù)。硅橡膠作為吸附層,與石墨烯之間通過范德瓦爾斯力相結(jié)合,不會對石墨烯表面造成污染;聚對苯二甲酸乙二醇酯作為支撐層,有利于轉(zhuǎn)移超大面積的石墨烯。這種新型轉(zhuǎn)移技術(shù)具有轉(zhuǎn)移品質(zhì)好、轉(zhuǎn)移面積大、轉(zhuǎn)移效率高、可重復利用、適用范圍廣等優(yōu)點,能夠同時滿足實驗室和工業(yè)生產(chǎn)的需要。同時,我們也對具有最好品質(zhì)的機械剝離石墨烯做了研究。機械剝離石墨烯在可利用的石墨烯周圍存在大量雜亂無章的石墨烯碎片,這些石墨烯碎片給石墨烯雜化器件和異質(zhì)結(jié)的制備帶來很大困難,同時嚴重阻礙了石墨烯器件向集成化方向發(fā)展。因此發(fā)展一種能夠?qū)⒛繕耸﹩为氝M行轉(zhuǎn)移的選擇性轉(zhuǎn)移技術(shù)尤為重要。在本論文中,我們發(fā)展了一種利用正性光刻膠和聚甲基丙烯酸甲酯對石墨烯進行選擇性轉(zhuǎn)移的新技術(shù):利用正性光刻膠將目標石墨烯與周圍碎片分隔開,利用聚甲基丙烯酸甲酯將目標石墨烯帶離原基底,結(jié)合選擇性轉(zhuǎn)移技術(shù),將目標石墨烯轉(zhuǎn)移到任意指定位置。另外,這種新型轉(zhuǎn)移技術(shù)結(jié)合了飛秒激光加工技術(shù),對石墨烯進行圖形化加工,然后將圖形化的石墨烯完好地轉(zhuǎn)移到新基底。利用飛秒激光加工石墨烯圖形可以避免傳統(tǒng)加工方法帶來的污染問題,而且加工過程更加簡單靈活。轉(zhuǎn)角石墨烯的電學和光學性質(zhì)區(qū)別于普通石墨烯,可以通過改變層與層之間的旋轉(zhuǎn)角度進行調(diào)控�，F(xiàn)有轉(zhuǎn)角雙層石墨烯制備方法主要有:(1)碳化硅外延生長,(2)折疊機械剝離石墨烯,(3)化學氣相沉積生長,(4)堆疊單層石墨烯。利用這些方法制備的轉(zhuǎn)角雙層石墨烯旋轉(zhuǎn)角度都是隨機的,不具有對旋轉(zhuǎn)角度進行控制的能力。利用現(xiàn)有方法很難制備出具有兩個旋轉(zhuǎn)角度的雙轉(zhuǎn)角三層石墨烯樣品。本論文中,我們發(fā)展了一種能夠?qū)πD(zhuǎn)角度進行精準控制的轉(zhuǎn)角多層石墨烯制備技術(shù),通過對大面積單晶單層機械剝離石墨烯的“切割”-“旋轉(zhuǎn)”-“堆疊”,完成轉(zhuǎn)角雙層和三層石墨烯的制備。我們通過引入兩條相互平行的“人造晶向”來對旋轉(zhuǎn)角度進行控制,利用這種方法制備的轉(zhuǎn)角石墨烯旋轉(zhuǎn)角度與設計角度之間的偏差小于0.1°,這是其它制備方法所難以達到的。同時,利用這種方法制備的轉(zhuǎn)角雙層石墨烯具有非常高的品質(zhì)。利用這種新型制備技術(shù),我們第一次制備出具有任意角度的雙轉(zhuǎn)角三層石墨烯,并對它的拉曼光譜進行研究。實驗結(jié)果表明,雙轉(zhuǎn)角三層石墨烯的拉曼光譜可以視為兩個具有相應旋轉(zhuǎn)角度的轉(zhuǎn)角雙層石墨烯拉曼光譜的疊加。這與之前關(guān)于雙轉(zhuǎn)角三層石墨烯電子能帶結(jié)構(gòu)、態(tài)密度以及光導率的理論研究相一致,證明了關(guān)于雙轉(zhuǎn)角三層石墨烯理論的正確性。我們對轉(zhuǎn)角雙層石墨烯的應用進行了探索。利用全內(nèi)反射條件下石墨烯光學吸收增強,對全內(nèi)反射條件下轉(zhuǎn)角雙層石墨烯的光電響應進行研究。實驗結(jié)果表明,在全內(nèi)反射條件下石墨烯光電響應具有很強的偏振依賴特性,光電流大小與激光功率成正比。在相應激光激發(fā)下,轉(zhuǎn)角雙層石墨烯光電流有明顯增強。轉(zhuǎn)角雙層石墨烯的光學吸收和光電響應可以通過調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)角度實現(xiàn)有效增強。
[Abstract]:The current focus of the study of graphene has shifted from the properties of graphene itself to the advanced electronic devices of graphene and the application of graphene. The growth of graphene, processing and transfer techniques are important for the preparation of graphene electronic devices. In this paper, we have systematically studied the technology of chemical vapor deposition of graphene transfer. After comparing the advantages and disadvantages of three kinds of graphene transfer methods, polymethylmethacrylate, polymethylsiloxane and heat release tape, a new type of graphene transfer technology based on polybutylene terephthalate / silicone rubber was developed. Silicone rubber was used as an adsorption layer and the Van Der Waals force was combined with graphene by Van Der Waals force. The surface of graphene is contaminated, and polybutylene terephthalate is used as a supporting layer to transfer the large area of graphene. This new transfer technique has the advantages of good transfer quality, large transfer area, high transfer efficiency, wide application and wide application. At the same time, we can meet the needs of laboratory and industrial production. At the same time, we can meet the needs of laboratory and industrial production. Mechanical peeling graphene with the best quality has also been studied. A large number of disordered graphene fragments exist around the available graphene with mechanical peeling graphene. These graphene fragments are difficult to prepare graphene hybrid devices and heterostructures. At the same time, severe gravity hinders the integration of graphene devices into the integrated direction. Therefore, the development of a selective transfer technique that can transfer the target graphene alone is particularly important. In this paper, we developed a new technique for selective transfer of graphene by positive photoresist and polymethyl methacrylate: the use of positive photoresist to separate the target graphene from the surrounding debris. The target graphene is removed from the original substrate by using polymethyl methacrylate, and the target graphene is transferred to any specified position by the selective transfer technique. In addition, this new transfer technique combines the femtosecond laser processing technology to graphically process graphene, and then transfer graphene to a new substrate. Femtosecond laser processing graphene graphics can avoid the pollution problems caused by traditional processing methods, and the processing process is more simple and flexible. The electrical and optical properties of the angle graphene are different from the ordinary graphene, and can be regulated by changing the rotation angle between the layers and the layers. The main methods of preparing the double decker graphene are as follows: (1) The growth of silicon carbide, (2) folding mechanically stripped graphene, (3) chemical vapor deposition, and (4) stacked monolayer graphene. The rotation angle of the angular double-layer graphene prepared by these methods is random and does not have the ability to control the rotation angle. It is difficult to produce a double angle with two angles of rotation by the existing method. Three layers of graphene samples. In this paper, we developed a technique for the preparation of angular multilayered graphene, which can accurately control the angle of rotation. By "cutting" - "spin" - "stacking" of the large area single crystal single layer mechanically stripped graphene, we complete the preparation of the double layer and three layers of graphene. We have introduced two phases. The rotation angle is controlled by the parallel "artificial crystal direction". The deviation between the rotation angle and the design angle made by this method is less than 0.1 degrees, which is difficult to achieve by other preparation methods. At the same time, the angle double-layer stone with this method is very high quality. The preparation technique is the first preparation of three layers of graphene with an arbitrary angle, and its Raman spectrum is studied. The experimental results show that the Raman spectra of the double angle three layers of graphene can be regarded as the superposition of two double decked graphene spectra with corresponding angle of rotation. This is related to the previous three layers of the double angle. The theoretical study of the electron energy band structure, density of States and the optical conductivity of graphene proves the correctness of the theory about the double angle three layer graphene. We have explored the application of the double decker graphene. The experimental results show that the photoresponse of graphene has a strong polarization dependence under all internal reflection, and the size of the photocurrent is proportional to the laser power. Under the corresponding laser excitation, the optical current of the double layered graphene is obviously enhanced. The optical absorption and photoelectric response of the double decker graphene can be adjusted by adjustment. The rotation angle is effectively enhanced.
【學位授予單位】：南開大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TQ127.11

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本文編號：1985505