內(nèi)應力及離子輻照對石墨烯場效應晶體管性能影響的研究.pdf

1、石墨烯是碳原子以sp2軌道雜化組成的平面二維材料，擁有高載流子遷移率、高熱導率、高楊氏模量，在未來微電子、生物、化學等領域擁有較大的應用潛力。石墨烯在2004年被發(fā)現(xiàn)時就被制成石墨烯場效應器件，隨著數(shù)十年學術界與工業(yè)界的不懈努力，如今超快響應速度和超高截止頻率的石墨烯場效應晶體管已經(jīng)問世。但是距離其實際工業(yè)化應用還有一段距離，這其中仍有一些關鍵問題亟待解決，如高質(zhì)量大面積石墨烯的生長、高性能石墨烯場效應器件的制備、懸置石墨烯應變效應對其

2、電學特性的影響、石墨烯場效應晶體管磁滯現(xiàn)象的控制等等。本文將詳細介紹石墨烯的物理特性及制備方法，并結(jié)合拉曼光譜(Raman)系統(tǒng)研究了懸置石墨烯的應變效應，還深入探討了鎵離子輻照對石墨烯場效應晶體管磁滯現(xiàn)象的影響。
　　本文分別采用機械剝離和化學氣相沉積兩種方法制備石墨烯薄膜，并將其轉(zhuǎn)移到預先制備好的圖形襯底上，制備出石墨烯場效應晶體管。分別利用光學顯微鏡、掃描電子顯微鏡、3D共聚焦顯微鏡對樣品進行了詳細表征，并結(jié)合Raman對石

3、墨烯樣品的層數(shù)及質(zhì)量進行了鑒定。
　　利用Raman特征峰對應力的敏感特性，對圖形襯底上懸置石墨烯的應變效應進行了系統(tǒng)研究。分別利用Raman2D峰與G峰定量計算出懸置石墨烯應力分布，對比二者對應力變化表現(xiàn)出的敏感特性。并分別測量出有應力和無應力石墨烯場效應晶體管的輸出特性曲線，計算出石墨烯溝道阻值的變化，探討了應力對石墨烯電學性能的影響，為高性能石墨烯電子元器件的制備奠定了理論基礎。
　　結(jié)合聚焦離子束技術，重點研究了鎵離

4、子輻照對石墨烯電學性能的影響。利用不同劑量的鎵離子對石墨烯引入晶格缺陷，并通過Raman監(jiān)測引入缺陷的密度，探討石墨烯場效應晶體管磁滯曲線的變化。隨著離子輻照停留時間的增加，石墨烯晶格缺陷密度在增加。在Raman光譜表征下，D峰強度一直在增加，而G峰峰位先右移后左移。轉(zhuǎn)移特性曲線中，狄拉克點逐漸向正柵壓方向偏移，而磁滯先增強后減弱。鎵離子輻照使高質(zhì)量石墨烯的晶格遭到破壞，石墨烯由完美的單晶格結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成眾多石墨烯納米晶，納米晶間的載流子隧