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应用。球磨法的优势是可以提供功能化石墨烯,操作简单,工作要求不够苛刻,但缺点是需要较长的时间(几十个小时)而且需要超声溶解等后续步骤。
(3)外延生长法原理:外延生长法是指利用晶格匹配,在一个晶体结构上生长出另一种晶体的方法。根据所选择的基底种类,外延法可以分为SiC外延生长法和金属表面外延生长法。SiC外延生长法:
f将SiC单晶片经过氧化或氢气刻蚀处理,再置于超高真空和高温环境下,利用电子束轰击SiC单晶片,除去其表面氧化物;再在高温条件下将其表面层中的Si原子蒸发,使表面剩余的碳原子发生重构,即可在SiC单晶片表面外延生长石墨烯。SiC外延生长法本质上就是一种碳原子的重构化学反应,即以SiC单晶为前驱体,通过超高真空高温加热使其脱除Si,剩下的碳原子重构生成石墨烯片层。通过对其工艺参数进行调控,利用SiC外延法还可实现单层和多层石墨烯的可控制备。金属表面外延生长法:首先金属表面外延法采用的金属基底材料必须是与石墨烯晶格相匹配的金属单晶,如Ru0001、Ni111、Ir111等,在高真空环境中,加热裂解含碳化合物前驱体,热裂解产生的碳原子在单晶金属表面沉积排列生成石墨烯。该方法最大的优点是通过设计、调控和优化反应条件及制备工艺参数,可以得到大面积、均匀铺满金属基底的高质量几乎无缺陷的石墨烯。金属表面外延法其实质就是一种热解碳在金属单晶表面的重构反应。其基本生长机理为:在高真空或H2气氛条件下,碳前驱体热裂解生成热解碳,由于C和金属的亲和力比Si、N、H和O等元素的高,因而Si和H等元素在高温下脱离金属表面,而溶解在金属表面中的C则在其表面析出结晶,由于基底金属的晶格与石墨烯的晶格相匹配,结晶C发生重构反应生长出石墨烯。工艺过程:外延生长衬底为经过化学机械抛光CMP的SiC单晶衬底,尺寸为5mm×5mm和5mm×10mm由2英寸晶圆切割而成。SiC上外延石墨烯的可控生长流程分为以下几个步骤:1清洗去除衬底表面沾染的无机物、有机物及油脂等污染;2氢气刻蚀去除衬底表面划痕,形成具有原子级平整度的台阶型表面形貌;3石墨化在高温下使SiC键断裂,Si原子升华,而C原子在SiC表面富集并发生重构从而形成外延石墨烯;评价:外延法是最有可能获得大面积、高质量石墨烯的制备方法,所制备的石墨烯不仅具有良好的均一性,而且能与当前的集成电路很好地兼容。外延生长法的一个重要特点就是制备的石墨烯的结构及电子特性与石墨烯和基体间的界面有关,因此,进一r
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