【摘要】：石墨烯是一種單原子層的二維材料,其獨特電子學性質引起了廣泛的研究興趣。但石墨烯為沒有帶隙的半金屬,因此在納米電子學器件的應用受到限制。為了打開石墨烯的帶隙,研究者們付出眾多努力,其中最常見的就是人為引入缺陷結構破壞石墨烯原有的對稱性,從而有效調控石墨烯電子性質。以銅作為基底的化學氣相沉積法(CVD)是目前制備石墨烯的重要方法和手段,同時掃描隧道顯微鏡(STM)原子級分辨可以用于表征金屬襯底上石墨烯的微觀形貌。第一章首先介紹了石墨烯的結構以及獨特電子學性質,并簡要說明了石墨烯幾種常見的制備方法。第二章介紹了常用的表征石墨烯的實驗測量手段,重點介紹了本實驗中用于原子級形貌表征的STM的發(fā)明,發(fā)展和工作原理。第三章展示了石墨烯體系準一維條紋結構,主要分析了周期1.28nm的直線型邊界以及周期為1.2nm的鋸齒型邊界條紋結構,揭示了其成因是石墨烯的六角晶格與銅襯底的四方結構不匹配形成的超晶格,相應的STS譜(微分電導譜)發(fā)現莫爾條紋的形成使得銅襯底與石墨烯的層間耦合作用相對較強,并且亮條紋處與暗條紋處的電子態(tài)密度有稍微的變化,進一步的dl/dVmapping(微分電導圖)顯示了在不同偏壓下亮暗條紋襯度發(fā)生變化,更加證明了一維的莫爾條紋形成的一維周期勢對石墨烯的電子結構有一定的調控作用。第四章采用Ar+濺射的方法在CVD生長的石墨烯中引入大量的缺陷結構,利用STM的原子分辨率看到大量的缺陷結構的存在,STS研究了缺陷處和非缺陷處的電子態(tài),發(fā)現單空位缺陷在費米面附近存在一個局域缺陷態(tài)。
[Abstract]:Graphene is a kind of monoatomic two-dimensional material, its unique electronic properties have attracted extensive interest. However, graphene is a semi-metal with no band gap, so the application of graphene in nanoelectronic devices is limited. In order to open the band gap of graphene, many efforts have been made, the most common of which is the introduction of defective structures to destroy the original symmetry of graphene, thus effectively regulating the electronic properties of graphene. Chemical vapor deposition (CVD) with copper as the substrate is an important method for the preparation of graphene. (STM) atomic resolution can be used to characterize the microstructure of graphene on metal substrates. In the first chapter, the structure and unique electronic properties of graphene are introduced, and several common preparation methods of graphene are briefly described. In the second chapter, the common experimental measurement methods for graphene characterization are introduced, with emphasis on the invention, development and working principle of STM, which is used to characterize graphene at the atomic level in this experiment. In the third chapter, the quasi-one-dimensional fringe structure of graphene system is presented. The linear boundary of periodic 1.28nm and the zigzag fringe structure of periodic 1.2nm are analyzed. It is revealed that the formation of the superlattice is caused by the mismatch between the hexagonal lattice of graphene and the tetragonal structure of the copper lining. The corresponding STS spectra (differential conductivity spectra) show that the formation of moire fringes makes the interlaminar coupling between copper substrate and graphene relatively strong. Moreover, the density of electronic states at the bright and dark stripes changed slightly, and the further dl/dVmapping (differential conductivity diagram) showed that the contrast of the bright and dark stripes changed under different bias pressures. It is also proved that the one-dimensional periodic potential of the formation of one-dimensional moire fringes can regulate the electronic structure of graphene to a certain extent. In chapter 4, a large number of defect structures are introduced into graphene grown by CVD by Ar sputtering, and a large number of defect structures are observed by using the atomic resolution of STM. The electronic states of defects and non-defects are studied by STS. It is found that there is a local defect near the Fermi surface in the single vacancy defect.
【學位授予單位】：中國科學技術大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：O613.71

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本文編號：2445144