基于銅基底CVD法制備高質量石墨烯.pdf

1、石墨烯擁有獨特的理化性能，被視作當下硅時代最具有潛力的替代者，自2004年被制備以來，就一向是科學家們研究的焦點。在制備石墨烯的眾多種方法中，化學氣相沉積法因其操作過程簡便，所制造的石墨烯面積、質量、層數可以控制等諸多優點，自報導以來就被大家廣泛采用。然則高質量石墨烯薄膜的大面積制備以及大面積單晶石墨烯的CVD法制備仍然存在著諸多難題。在本文的研究中，著重于用銅作為基底制備高質量石墨烯薄膜和厘米級單晶石墨烯并測試了其在場效應晶體管中的電

2、學性能。
　　通過我們的研究發現，原始銅片基底的預先處理以及生長溫度對于石墨烯薄膜的制備質量有著十分重要的作用。通過對銅片基底的電拋光預處理，對比原始與電拋光后掃描電鏡圖片可以發現，預處理后的銅片表面更為平滑、均勻，類似于條紋、凹凸之類的缺陷基本沒有。在保證其他條件最優的情況下，相比于原始銅片，用預處理后的銅片所制備的石墨烯具有極少的缺陷，這在其隨后的拉曼表征中也證明了這一點。接著又在不同制備溫度梯度下制造石墨烯薄膜并對其進行了拉

3、曼表征，結果表明制備溫度越高，其質量越好，當生長溫度達到1050℃時，其拉曼表征缺陷峰（D峰）基本不可見。最后充分考慮對石墨烯成膜質量具有重要影響的因素，在最優條件下生長出了大面積高質量的石墨烯薄膜，接著將其應用于場效應晶體管中，并測試了其在常溫常壓下的遷移率。
　　進一步，我們利用氧氣輔助的方法實現了常壓下直接在銅基底上制備出厘米級的單晶石墨烯，達到了當今單晶石墨烯研究的領先水平。與先前的石墨烯薄膜相比，單晶石墨烯因其沒有晶界的

4、存在，所以各項性能均會大大提高，這也是我們研究單晶石墨烯的初衷。我們詳細地研究了甲烷、氫氣、氧氣流量以及氫氣中摻雜的水蒸汽對單晶石墨烯的成核密度的影響，結果表明實驗所用的稀釋甲烷與氫氣的流量大小對單晶石墨烯的成核密度具有十分顯著的影響。制備單晶石墨烯的反應是一個可逆過程，而氫氣正是逆反應的促進者，氫氣流量過大會導致單晶石墨烯的刻蝕。另外，氧氣與水蒸汽對單晶石墨烯的成核影響均可以稱為刻蝕效果，考慮到條件是否可控，我們選擇在整個實驗過程中除