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1、Si和SiO2Si衬底上石墨烯的生长和结构表征中国科学技术大学硕士学位论文Si和SiO2/Si衬底上石墨烯的生长和结构表征姓名：李利民申请学位级别：硕士专业：同步辐射及应用指导教师：潘国强；徐彭寿2011-05摘要摘要石墨烯是一种由碳原子紧密堆积成的单层二维蜂窝状晶格结构的新材料，具有许多奇特的力学、电学和热学性能，使其在集成电路、功能性复合材料、储能材料、催化剂载体等方面具有很广泛的应用前景。目前，已发展了多种制备石墨烯的方法，如：微机械剥离法、化学剥离法、金属衬底外延法和SiC高温退火法等。然而，这些方法制备的石墨烯都需要特殊的衬底或者需要把制备的石墨烯转移到
2、绝缘衬底材料上才能进行微电子器件的设计与利用，并且不能与目前的Si基半导体工艺相结合。在本文中，我们探索了在Si基衬底和SiO/Si基衬底上沉积固态碳原子的方2法直接制备石墨烯薄膜，并通过同步辐射及一些常规的表征方法研究了薄膜的结构特征，为Si基衬底上制备石墨烯做出了有益的探索。主要的研究工作及结果如下：1）在Si（111）衬底表面上在不同的衬底温度（400、600、700、800℃）下直接沉积固态碳原子制备石墨烯。利用RHEED、FTIR、Raman和NEXAFS技术对制备的薄膜进行了结构表征，结果表明：在400、600和700℃温度下制备的薄膜仅为无定形碳，而
3、只有在800℃温度下制备的薄膜才具有石墨烯的特征，同时发现在800℃的样品中有SiC层生成。因此我们认为，衬底温度对Si衬底上石墨烯的形成起重要作用，同时，SiC缓冲层的形成对石墨烯的生长有促进作用。2）在SiO2/Si衬底上，利用直接沉积固态碳原子的方法在不同的衬底温度下（500、600、700、900、1100、1200℃）制备石墨烯薄膜。利用Raman、NEXAFS和XPS技术对薄膜结构进行了结构表征，结果表明：700℃是石墨烯形成的初始温度，而1100℃是石墨烯形成的最优化温度。随着衬底温度的升高，形成的石墨烯质量逐渐提高，但是过高的衬底温度会导致氧化层的
4、分解，使形成的石墨烯质量变差。关键词：固源分子束外延石墨烯硅衬底SiO2/Si衬底IABSTRACTABSTRACTGrapheneisanewmaterial,comprisingofamonolayerofcarbonatomspackedintoatwo-dimensionalhoneycomblattice,exihibitsaseriesofunusualmechanical,electricalandthermaldynamicpropertiesandwillbewidelyappliedinintegratedcircuit,functionalc
5、ompositematerials,energystoragematerials,catalystsupportetc.Atpresent,manyproductionmethodsofgraphenehavebeendeveloped,suchasmicromechanicalcleavage,chemicalstripping,metalsubstrateepitaxy,SiCthermalannealing,etc.However,thegraphenepreparedbythesemethodsrequirespecialsubstratesorneeds
6、tobetransferredtootherinsulativesubstratesduetotheirmicro-electricaldevicesdesignandapplication,anditcannotbeusedwiththecurrentSi-basedsemiconductortechnology.Inthistheis,weexploretogrowgraphenefilmsonthesubstratesofSiO2/Siviadirectelydepositingsolid-statecarbonatoms,moreover,synchrot
7、ronradiationSRexperimentaltechnologyandsomenormalanalysismethodshavebeenemployedforthestructuralcharateristicsofgrowngraphenefilms.Themainresultsarelistedasfollowing:1GraphenefilmsweregrownonSi111atdifferentsubstratetemperature400,600,700,800℃bydirectlydepositingsolid-statecarbonatoms
8、.Thes
