石墨烯的制備及其外延GaN的研究
發(fā)布時間：2021-06-26 05:57
石墨烯具有的優(yōu)異物理和化學性質(zhì)使其自被發(fā)現(xiàn)以來就獲得產(chǎn)學研界的廣泛關注與研究。目前制備石墨烯的方法眾多,在這眾多制備石墨烯的工藝方法中,等離子體增強化學氣相沉積法（PECVD）脫穎而出,它具有制備溫度低,速度快的特點,能夠更靈活的選擇襯底材料�；赑ECVD技術(shù)在非催化襯底上制備石墨烯已經(jīng)成為一個重點研究方向。氮化鎵（GaN）作為第三代寬禁帶半導體材料,由于其優(yōu)異的光電性能及穩(wěn)定性,使其在高頻高功率電力電子器件和5G通訊等方面具有廣闊的應用前景。GaN同質(zhì)襯底的缺乏使得GaN的制備依舊依靠藍寶石（Al2O3）、硅（Si）和碳化硅（SiC）等異質(zhì)外延材料,異質(zhì)外延不可避免會帶來晶格失配和熱失配影響晶體質(zhì)量,進一步影響GaN器件的性能。石墨烯由于層間是范德華作用,石墨烯上外延GaN不僅能消除晶格失配的影響,提升薄膜的晶體質(zhì)量,還能允許薄膜從石墨烯上剝離并容易轉(zhuǎn)移到其它襯底。因此,在基于PECVD制備的石墨烯上外延GaN具有重要意義。本論文針對在Al2O3襯底上使用PECVD制備石墨烯,并通過磁控濺射在石墨烯上制備氮化鋁（AlN）緩沖層以及使用金屬有機化學氣相沉積（MOCVD）進一步制備Ga...
【文章來源】：蘇州大學江蘇省
【文章頁數(shù)】：73 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
圖１４１??石墨烯在電學、熱學、力學，光學方面的優(yōu)異特性得益于其獨特的晶體結(jié)構(gòu)，石??
石墨烯的制備及其外延ＧａＮ的研宄?第－－章??高的載流子遷移率，是目前己知材料中載流子遷移率最高的材料，在特定條件下，載??流子遷移率理論上可達到２５００００ｃｍ２／（Ｖ＿ｓ）［５］，是硅材料的１０ＣＭ０００倍。石墨烯的電??阻率很低，大概為ｌ〇－６ｔ＞ｃｍ，是目前存在的所有物質(zhì)中在室溫時電阻率最低的材料??［６】。此外，兩個石墨烯層相對于彼此扭曲一定角度（１．１°），由于強的層間耦合，接近??零費米能量的電子能帶結(jié)構(gòu)變得平坦，通過電可調(diào)諧性獲得平坦帶，通過扭轉(zhuǎn)角實現(xiàn)??帶寬可調(diào)諧性，可為更奇特的相關系統(tǒng)鋪平道路，例如非常規(guī)的超導體和量子自旋液??體［７］〇??（ａ）?－Ｉ??（ｂ）??圖１－２石墨烯的能帶結(jié)構(gòu)ＰＩ??２．光學性質(zhì)??石墨烯由于其獨特的能帶結(jié)構(gòu)，具有非常高的光學透過率，單層石墨烯可見光透??過率達到９７．７％［９】。在層數(shù)較少的情況下，可以利用石墨烯的光學透過率并結(jié)合石墨??烯每層２．３％的吸收率計算其層數(shù)。鑒于石墨烯優(yōu)異的電學和光學性質(zhì)，可以將石墨??烯用作透明電極，在很大程度上可以取代傳統(tǒng)氧化銦錫（ＩＴＯ）材料。同時，石墨烯??具有類金屬的性質(zhì)，可以用于超表面結(jié)構(gòu)中，利用等離子基元實現(xiàn)光調(diào)制功能。也可??以通過外加電場調(diào)節(jié)石墨烯的費米能級，改變折射率，從而改變響應波長，實現(xiàn)光開??關和光調(diào)制器的功能。目前，基于石墨烯響應的可調(diào)寬波段光學調(diào)制器己經(jīng)有相關研??宄［１０］〇??３??
第一章?石墨烯的制備及其外延ＧａＮ的研究??０?２５?５０??ｄｉｓｔａｎｃｅ?〇ｉｍ）??圖１－３⑷單層與雙層石墨嫌的光學透過率測試圖ｌ１１丨；（ｂ）２８５ｎｍ厚Ｓｉ０２?（Ｓｉ０２／Ｓｉ）上一??層，二層，三層和四層石墨烯的光學圖像Ａ??３．熱學性質(zhì)??石墨烯具有十分優(yōu)異熱傳導性能，在熱能傳輸中損耗小，單層無缺陷的石墨烯的??導熱系數(shù)達到５３００?Ｗ／ｍＫ，是目前報道的熱導系數(shù)最高的碳材料［１３］。其數(shù)值遠高于??目前導熱系數(shù)高的銅、鋁和金等金屬。所以石墨烯可以作為一種導熱材料，改善大功??率器件的散熱問題，增加器件的使用壽命。??４？力學性質(zhì)??石墨烯具有超高的強度，楊氏模量可達ｌ．ＯＴＰａ，固有的拉伸強度為１３０ＧＰａ，彈??性剛度約為３３５?Ｎ／ｍ２，是目前己知材料中硬度最高的材料［１４］。石墨烯優(yōu)異的力學性??能使得擁有廣闊的應用前景，如壓力傳感器、諧振器等。也可以用于復合材料中，優(yōu)??異的機械性能、質(zhì)量小和可彎曲度使其具有用于航空航天領域潛力。此外，石墨烯具??有超疏水性和超親油性，結(jié)合結(jié)構(gòu)設計，可以用作水的凈化和環(huán)境保護。??鑒于石墨烯優(yōu)異的電、光、熱、力性能，使其從眾多材料中脫穎而出，吸引著廣??大的科研人員和產(chǎn)業(yè)界的人士對其進行探索、研究。??４??
【參考文獻】：
期刊論文
[1]Ultrafast epitaxial growth of metre-sized single-crystal graphene on industrial Cu foil[J]. Xiaozhi Xu,Zhihong Zhang,Jichen Dong,Ding Yi,Jingjing Niu,Muhong Wu,Li Lin,Rongkang Yin,Mingqiang Li,Jingyuan Zhou,Shaoxin Wang,Junliang Sun,Xiaojie Duan,Peng Gao,Ying Jiang,Xiaosong Wu,Hailin Peng,Rodney S. Ruoff,Zhongfan Liu,Dapeng Yu,Enge Wang,Feng Ding,Kaihui Liu. Science Bulletin. 2017(15)
[2]石墨烯的化學氣相沉積生長與過程工程學研究[J]. 鄒志宇,戴博雅,劉忠范. 中國科學:化學. 2013(01)
本文編號：3250769
【文章來源】：蘇州大學江蘇省
【文章頁數(shù)】：73 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
圖１４１??石墨烯在電學、熱學、力學，光學方面的優(yōu)異特性得益于其獨特的晶體結(jié)構(gòu)，石??
石墨烯的制備及其外延ＧａＮ的研宄?第－－章??高的載流子遷移率，是目前己知材料中載流子遷移率最高的材料，在特定條件下，載??流子遷移率理論上可達到２５００００ｃｍ２／（Ｖ＿ｓ）［５］，是硅材料的１０ＣＭ０００倍。石墨烯的電??阻率很低，大概為ｌ〇－６ｔ＞ｃｍ，是目前存在的所有物質(zhì)中在室溫時電阻率最低的材料??［６】。此外，兩個石墨烯層相對于彼此扭曲一定角度（１．１°），由于強的層間耦合，接近??零費米能量的電子能帶結(jié)構(gòu)變得平坦，通過電可調(diào)諧性獲得平坦帶，通過扭轉(zhuǎn)角實現(xiàn)??帶寬可調(diào)諧性，可為更奇特的相關系統(tǒng)鋪平道路，例如非常規(guī)的超導體和量子自旋液??體［７］〇??（ａ）?－Ｉ??（ｂ）??圖１－２石墨烯的能帶結(jié)構(gòu)ＰＩ??２．光學性質(zhì)??石墨烯由于其獨特的能帶結(jié)構(gòu)，具有非常高的光學透過率，單層石墨烯可見光透??過率達到９７．７％［９】。在層數(shù)較少的情況下，可以利用石墨烯的光學透過率并結(jié)合石墨??烯每層２．３％的吸收率計算其層數(shù)。鑒于石墨烯優(yōu)異的電學和光學性質(zhì)，可以將石墨??烯用作透明電極，在很大程度上可以取代傳統(tǒng)氧化銦錫（ＩＴＯ）材料。同時，石墨烯??具有類金屬的性質(zhì)，可以用于超表面結(jié)構(gòu)中，利用等離子基元實現(xiàn)光調(diào)制功能。也可??以通過外加電場調(diào)節(jié)石墨烯的費米能級，改變折射率，從而改變響應波長，實現(xiàn)光開??關和光調(diào)制器的功能。目前，基于石墨烯響應的可調(diào)寬波段光學調(diào)制器己經(jīng)有相關研??宄［１０］〇??３??
第一章?石墨烯的制備及其外延ＧａＮ的研究??０?２５?５０??ｄｉｓｔａｎｃｅ?〇ｉｍ）??圖１－３⑷單層與雙層石墨嫌的光學透過率測試圖ｌ１１丨；（ｂ）２８５ｎｍ厚Ｓｉ０２?（Ｓｉ０２／Ｓｉ）上一??層，二層，三層和四層石墨烯的光學圖像Ａ??３．熱學性質(zhì)??石墨烯具有十分優(yōu)異熱傳導性能，在熱能傳輸中損耗小，單層無缺陷的石墨烯的??導熱系數(shù)達到５３００?Ｗ／ｍＫ，是目前報道的熱導系數(shù)最高的碳材料［１３］。其數(shù)值遠高于??目前導熱系數(shù)高的銅、鋁和金等金屬。所以石墨烯可以作為一種導熱材料，改善大功??率器件的散熱問題，增加器件的使用壽命。??４？力學性質(zhì)??石墨烯具有超高的強度，楊氏模量可達ｌ．ＯＴＰａ，固有的拉伸強度為１３０ＧＰａ，彈??性剛度約為３３５?Ｎ／ｍ２，是目前己知材料中硬度最高的材料［１４］。石墨烯優(yōu)異的力學性??能使得擁有廣闊的應用前景，如壓力傳感器、諧振器等。也可以用于復合材料中，優(yōu)??異的機械性能、質(zhì)量小和可彎曲度使其具有用于航空航天領域潛力。此外，石墨烯具??有超疏水性和超親油性，結(jié)合結(jié)構(gòu)設計，可以用作水的凈化和環(huán)境保護。??鑒于石墨烯優(yōu)異的電、光、熱、力性能，使其從眾多材料中脫穎而出，吸引著廣??大的科研人員和產(chǎn)業(yè)界的人士對其進行探索、研究。??４??
【參考文獻】：
期刊論文
[1]Ultrafast epitaxial growth of metre-sized single-crystal graphene on industrial Cu foil[J]. Xiaozhi Xu,Zhihong Zhang,Jichen Dong,Ding Yi,Jingjing Niu,Muhong Wu,Li Lin,Rongkang Yin,Mingqiang Li,Jingyuan Zhou,Shaoxin Wang,Junliang Sun,Xiaojie Duan,Peng Gao,Ying Jiang,Xiaosong Wu,Hailin Peng,Rodney S. Ruoff,Zhongfan Liu,Dapeng Yu,Enge Wang,Feng Ding,Kaihui Liu. Science Bulletin. 2017(15)
[2]石墨烯的化學氣相沉積生長與過程工程學研究[J]. 鄒志宇,戴博雅,劉忠范. 中國科學:化學. 2013(01)
本文編號：3250769
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