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碳化硅外延石墨烯以及分子动力学模拟研究

作　者: 詹晓伟
导　师: 张玉明
学　校: 西安电子科技大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 石墨烯碳化硅分子动力学制备与表征
分类号: O641.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

石墨烯是一种碳原子紧密堆积的蜂窝状二维晶格结构,这种最简单的复杂材料在04年制备出来以后因其表现出的各种优异的物理、化学、电学等特性以及由此有望产生的广泛的应用空间,让许多科研者投身到对它的研究之中。文中介绍了如今制备石墨烯的主流方法,着重介绍利用碳化硅外延石墨烯的发展以及优势,这种不用转移衬底制备石墨烯的方法为后续微纳电子的发展提供了保证。从目前发展来看,制备大面积高质量石墨烯是后续对其深入研究的基础。本文利用已有的实验条件,成功利用碳化硅在超高真空条件退火后制备出石墨烯,并利用AFM、拉曼频谱等工具实现了对石墨烯大小的估算测量与表征,通过对于工艺条件的改进实现了微米级别石墨烯生长,虽然这样大小的面积还是无法满足后续研究,但是相信随着对于生长机理、工艺条件比如生长的气氛、压力、温度、退火时间的研究与石墨烯表征手段的探索,很快能实现制备并表征大面积高质量的石墨烯,为后续进一步研究石墨烯相关性质和实际应用打下良好的基础。本文还研究了利用分子动力学模拟软件,模拟研究6H-SiC(000-1)面在1500K条件下表面碳原子退火形成石墨烯结构物理过程。结果表明碳化硅表面碳原子的覆盖层数越多越有利于石墨烯生长。同时模拟发现碳化硅碳面石墨烯生长好于硅面,和实验报道吻合,并利用原子间的吸附能解释这一现象,说明选择合适的碳化硅表面有利于控制生长石墨烯。模拟结果提供了一条从分子水平了解石墨烯生长形貌和机理的途径,并能有助于从实验上改善石墨烯生长工艺。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-7
第一章绪论  7-25
  1.1 前言  7-10
  1.2 石墨烯电子能带结构  10-14
  1.3 石墨烯性质  14-18
    1.3.1 石墨烯独特的热力学、光学特性  14
    1.3.2 石墨烯的电学特性  14-18
    1.3.3 化学特性  18
  1.4 石墨烯的应用前景  18-25
    1.4.1 在微纳电子集成方面应用  19-21
    1.4.2 石墨烯在能量存储方面的应用  21-22
    1.4.3 石墨烯在传感器方面的应用  22
    1.4.4 石墨烯衍生物以及复合材料应用  22-25
第二章石墨烯的制备与表征  25-35
  2.1 微机械剥离法  25-26
  2.2 单晶金属衬底上化学气相沉积法(CVD)  26-27
  2.3 氧化石墨还原法  27-28
  2.4 碳化硅外延法  28-29
  2.5 其他方法  29-30
  2.6 石墨烯的表征  30-35
    2.6.1 原子力显微镜(AFM)  30-31
    2.6.2 透射电子显微镜(TEM)  31-32
    2.6.3 低能电子衍射(LEED)显微镜  32
    2.6.4 Raman 光谱  32-35
第三章碳化硅外延Graphene 制备与表征  35-47
  3.1 碳化硅外延石墨烯优势  35
  3.2 碳化硅外延发展和生长机理  35-42
  3.3 碳化硅外延石墨烯实验  42-47
    3.3.1 实验内容  42-43
    3.3.2 实验表征  43-45
    3.3.3 实验讨论  45-46
    3.3.4 问题讨论  46-47
第四章碳化硅外延Graphene 分子动力学模拟  47-53
  4.1 分子动力学模拟介绍  47
  4.2 模拟计算内容  47-48
  4.3 模拟结果分析  48-52
  4.4 结论  52-53
第五章总结  53-55
致谢  55-56
硕士期间参加课题和论文发表情况  56-57
参考文献  57-64

碳化硅外延石墨烯以及分子动力学模拟研究

内容摘要

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