石墨烯的外延生长及性质研究.pdf

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1、石墨烯的外延生长及性质研究2012王进硕士材料科学与工程吴卫东研究员ClassifiedIndex:TB34U.D.C:31.SouthwestUniversityofScienceandTechnologyMasterDegreeThesisEpitaxialGrowthofGrapheneandItsCharacterizationGrade:2012Candidate:WangJinAcademicDegreeAppliedfor:MasterSpeciality:MaterialsScienceandEngineeringSupervisor:Prof.WuWeidongMa

2、y.30,2015独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研宄工作及取得的研宄成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西南科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研宄所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：玉进曰期：关Ti仑文使用和授权的说明本人完全了解西南科技大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留学位论文的复印件，允许该论文被查阅和借阅；学校可以公布该论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。（保密的学位论文在

3、解密后应遵守此规定）签名：1进导师签名:曰期:[/西南科技大学硕士研究生学位论文第I页摘要石墨烯具有优异的电学和光学性能，在电子器件、航天、能源领域有广泛的应用前景。本文以热解石墨为靶材，采用脉冲激光沉积法(PLD)研究了石墨烯较佳的制备工艺，成功在单晶Cu(111)基片上外延生长石墨烯薄膜。最终得到了以下研究结果：(1)在高真空气氛中，单一变量条件下，对比不同脉冲沉积发数的碳薄膜。发现减少沉积发数有利于石墨烯薄膜的制备，相反，增加沉积发数趋向于无序结构。当脉冲数为100发时，得到了制备石墨烯薄膜较佳的沉积发数。(2)在高真空气氛中通过对比不同沉积温度下制备石墨烯薄膜，发现温度对薄膜

4、结晶质量有很大的影响，随着温度的升高，碳薄膜由无序化向有序化转变，结晶质量逐渐增加。当生长温度为600℃时，获得了较佳的生长温度，持续升高温度会导致薄膜晶格失配产生位错，结晶质量下降。在高真空气氛中得到石墨烯的较佳生长条件为激光能量200mJ，激光频率1Hz，脉冲数100发，沉积温度600℃。(3)在氢气气氛中，得到制备石墨烯薄膜合适的沉积温度是400℃。得出氢气有利于降低石墨烯薄膜的沉积温度。获得的较佳生长条件为激光能量200mJ，激光频率1Hz，脉冲数100发，沉积温度400℃。(4)通过紫外可见反射光谱测试石墨烯的光学性质，反射率在近紫外波段区域约为35%左右，在红外波段区域约

5、为90%左右，并且在可见光波段急剧上升。通过Kubelka-Munk方程可以计算石墨烯薄膜的光学带隙，得到在高真空中制备的石墨烯薄膜的光学带隙为2.12eV，在氢气气氛下-1(2×10Pa)制备的石墨烯薄膜的光学带隙为2.2eV。(5)测试石墨烯薄膜电阻随温度变化曲线，发现在高真空条件下(600℃，100发)电阻最低为2.93Ω，有最好的导电率，在高真空条件下(650℃，100发)条件下制备的石墨烯有最大的电阻值为6.7Ω。计算石墨烯-1的电阻温度系数，结果表明，在氢气条件下(2×10Pa)制备的石墨烯具有最大的TCR为26%，说明该条件下制备的石墨烯电阻随温度变化最大。关键词：石墨

6、烯脉冲激光沉积高分辨透射电子显微镜拉曼光谱光学带隙西南科技大学硕士研究生学位论文第II页AbstractGraphenewithexcellentelectricalandopticalpropertieshasbroadapplicationinthefieldofelectronics,aerospace,energy.Thispaperisbasedonpyrolyticgraphitetargetmaterial,researchthebestpreparationtechnologyofgraphenebypulsedlaserdeposition(PLD),success

7、epitaxialgraphenefilmsinsinglecrystalCu(111)substrate.Finallygotthefollowingresults:(1)Thecarbonfilmswerecomparedwithdifferentdepositionpulsesinthecaseofasinglevariableunderhighvacuum.Wefoundthatthepreparationofgraphenefilmswascon