石墨烯带隙的调控、掺杂改善研究和新型微纳米纤维制备方法的研究

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石墨烯是一种由碳原子经过sp2杂化形成的六角蜂窝状原胞组成的二维晶体材料。自2004年被发现以来，便因其优异的电学，力学，光学等性能被人们誉为最有开发前途的材料。然而石墨烯本身没有带隙，大大影响了其在半导体领域的应用发展，并且在石墨烯加工过程中经常会引入掺杂。因此如何有效地打开石墨烯的带隙以及减少石墨烯掺杂成为了人们研究的热点。针对上述问题，我们利用量子限制效应在室温下打开石墨烯带隙（即将石墨烯尺寸控制在10nm以下）。本文主要通过电子束曝光（EBL）的方法，利用聚甲基丙烯酸甲酯/铬（PMMA/Cr)双层掩膜制备亚10纳米石墨烯精细结构打开带隙；并研究了Cr掩膜相对于PMMA对石墨烯掺杂的改善；进而通过制备单排孔阵列石墨烯结构，在较大尺寸下打开石墨烯带隙。主要内容如下：（1）加工10nm以下石墨烯结构。使用机械剥离得到的石墨烯，利用PMMA/Cr掩膜，通过电子束曝光图案，离子束和反应离子束两次刻蚀的方法加工石墨烯，并研究了加工过程中Cr颗粒质量，氧等离子体刻蚀时间等参数的影响来优化加工条件，最终得到特征尺寸为亚10nm的石墨烯精细结构。（2）对比Cr掩膜和PMMA掩膜对石墨烯性能的影响。分别利用PMMA和Cr作为加工石墨烯的掩膜，通过对比不同掩膜制备的石墨烯拉曼光谱以及石墨烯器件的转移曲线，证明了Cr掩膜能降低传统PMMA光刻胶对石墨烯的掺杂。（3）对特殊石墨烯结构的电学性能进行研究。利用电子束曝光技术及等离子体刻蚀技术，将石墨烯加工成具有单排孔阵列的条带结构场效应晶体管，通过测量它在不同温度下的转移特性曲线，计算出了打开带隙的大小。此外，我们发展了一种利用磁辅助机械拉伸制备纤维的方法，该方法简单，安全，可制备排布有序的磁性纤维，在大规模生产微纳米纤维、柔性器件、药物运输等方面有着潜在应用。

著录项

作者
李金涛;
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作者单位

青岛大学;

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授予单位青岛大学;
学科物理学
授予学位硕士
导师姓名龙云泽,顾长志;
年度 2017
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原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类高等教育;
关键词
石墨; 调控; 掺杂; 改善研究; 微纳米纤维;

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