MPCVD法制備石墨烯的研究.pdf

1、石墨烯是碳原子按照sp2軌道雜化形成的蜂窩狀結(jié)構(gòu)的二維晶體，由其獨特穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)使其在電學(xué)、熱學(xué)、磁學(xué)和光學(xué)等方面具有優(yōu)異的性能，已成為全世界研究的熱潮。目前微波等離子體化學(xué)氣相沉積（MPCVD）法制備石墨烯反應(yīng)溫度較低、時間較短、能量消耗較少，但是等離子體的引入會增加缺陷含量、降低薄膜的連續(xù)性。本文針對上述實際問題，采用韓國Woosinent公司制造功率為2kW的MPCVD裝置，以甲烷為主要碳源，氫氣、氮氣和氬氣為輔助氣體，在鎳片襯底上

2、制備石墨烯薄膜，系統(tǒng)的研究了工藝對成膜質(zhì)量的影響。并通過光學(xué)顯微鏡、拉曼光譜儀和原子力顯微鏡對樣品進行表征，分析不同工藝參數(shù)和輔助氣體對沉積石墨烯的影響，獲得了生長質(zhì)量較高的石墨烯薄膜的工藝參數(shù)。主要研究工作包括：
　　1、研究了沉積氣壓對石墨烯薄膜生長的影響，結(jié)果表明氣壓較低時薄膜層數(shù)較多、覆蓋率較低；隨著氣壓的升高到2.7kPa時薄膜層數(shù)降到2層左右、覆蓋率和質(zhì)量都達到最優(yōu)；繼續(xù)升高氣壓薄膜的層數(shù)會相應(yīng)增加、表面會出現(xiàn)裂痕，覆

3、蓋率和連續(xù)性都降低。
　　2、系統(tǒng)研究了功率對石墨烯薄膜沉積的影響，結(jié)果表明：功率較低時不能較好的成膜、非晶碳雜質(zhì)較多，很難清楚的分辨出石墨烯相；隨著功率的升高薄膜中雜質(zhì)減少、均勻性增加，在功率為800W時薄膜的連續(xù)性最佳；繼續(xù)升高功率至900W時，薄膜層數(shù)降到最低，但也出現(xiàn)分裂的現(xiàn)象；繼續(xù)增加功率薄膜層數(shù)相應(yīng)增加、連續(xù)性降低。
　　3、氫氣的引入對沉積薄膜具有兩面性，在提高膜層均勻性的同時會增加皺褶和缺陷的含量。實驗結(jié)果表

4、明：氫氣濃度較低時薄膜的層數(shù)較多、均勻性較差，薄膜表面出現(xiàn)裂痕；升高氫氣的流量至80sccm時，薄膜的均勻性增加、層數(shù)降低，整個薄膜為較均勻的多層膜，層數(shù)在3~4層；繼續(xù)升高氫氣流量薄膜出現(xiàn)了皺褶和區(qū)域性的分層現(xiàn)象，不同區(qū)域內(nèi)層數(shù)分布不均勻，同時膜層的覆蓋率也相應(yīng)降低。
　　4、系統(tǒng)研究了輔助氣體對石墨烯沉積的影響，結(jié)果表明：氬氣的引入能夠明顯降低薄膜的缺陷含量，氮氣的引入降低了碳源的裂解、阻礙了薄膜的沉積。調(diào)節(jié)氬氣的流量發(fā)現(xiàn)隨著