銅基CVD石墨烯的熱輸運(yùn)性質(zhì)的研究.pdf

1、隨著電子器件微型化進(jìn)程的不斷加快，主流計(jì)算機(jī)芯片的制程已經(jīng)步入納米級，由此帶來的功耗增加和散熱問題，已經(jīng)成為芯片制造上無法回避的難題。為了解決芯片集成度越來越高，而散熱空間卻嚴(yán)重不足的窘境，芯片制造商不僅要進(jìn)一步優(yōu)化制造工藝，也對具有良好導(dǎo)熱性能的納米材料有著迫切的需求。而石墨烯作為一種真正意義上的二維材料，同時(shí)具備優(yōu)異的電學(xué)性能和超高的熱導(dǎo)率，使得人們對其作為一層高導(dǎo)熱材料應(yīng)用到微納米電子器件中充滿了期待。但是，在實(shí)際應(yīng)用過程中，石墨

2、烯的熱導(dǎo)率不可避免地受到諸如應(yīng)力、缺陷、褶皺、雜質(zhì)原子、層間作用力以及與襯底耦合等因素的影響。其中，層間作用力對雙層及多層石墨烯熱輸運(yùn)性質(zhì)的影響還存在一些爭議，而且有關(guān)堆疊方式對雙層石墨烯的熱導(dǎo)率的改變至今還停留在理論分析的層面。因此，本論文圍繞不同堆疊方式下雙層石墨烯的熱導(dǎo)率的變化展開研究，結(jié)合銅基化學(xué)氣相沉積(CVD)法、Raman光譜技術(shù)、非接觸光學(xué)法等測試技術(shù)，著重從單晶石墨烯的生長、雙層石墨烯的生長機(jī)理，以及不同堆疊方式下雙層

3、石墨烯熱導(dǎo)率的測量等方面開展了一系列研究，主要取得如下研究成果:
　　單晶石墨烯的制備方面，分別利用銅基CVD法和“種子法”，在Cu襯底表面生長出了毫米級和多層取向可控的單晶石墨烯，為以后研究CVD石墨烯多晶結(jié)構(gòu)對熱導(dǎo)率的影響提供了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。
　　雙層石墨烯的生長機(jī)理方面，利用同位素追蹤法，結(jié)合Raman光譜技術(shù)、飛秒二次離子質(zhì)譜儀等表征手段，對不同生長條件下雙層石墨烯的生長過程進(jìn)行了研究，并基于石墨烯在Cu襯底上生長的表面

4、自限制生長機(jī)理，提出了兩種細(xì)分的生長模型，即微腔CVD和擴(kuò)散式生長機(jī)制，為我們以后進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)可控晶疇大小和層厚的石墨烯生長，打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
　　石墨烯熱輸運(yùn)性質(zhì)方面，選用基于無損性Raman光譜技術(shù)且具有樣品易于制備、污染性較小和數(shù)據(jù)分析簡便等優(yōu)點(diǎn)的非接觸光學(xué)法，結(jié)合銅基CVD生長技術(shù)，對AB堆疊和亂層堆疊的雙層石墨烯的熱導(dǎo)率進(jìn)行了測量，得到了一系列隨溫度變化的熱導(dǎo)率數(shù)值;拋開非接觸光學(xué)法對測量結(jié)果產(chǎn)生的誤差，可以看出不同堆疊